Mundo, 29 de dic de 2024.-En un laboratorio de Trieste, Italia, un grupo de investigadores ha logrado algo que hasta hace poco parecía imposible: manipular átomos individuales utilizando luz ultravioleta extrema (XUV). Este avance, fruto de años de trabajo y tecnología puntera, no es solo un logro técnico. Es una ventana hacia nuevas formas de entender la materia y controlar los procesos cuánticos a escalas nunca antes imaginadas.
El equipo, liderado por el Dr. Lukas Bruder, utilizó un láser de electrones libres para moldear pulsos de luz con precisión milimétrica y controlar así los estados cuánticos del helio. Lo que han conseguido no es simplemente un experimento complejo, es algo más: se trata de un hito que podría transformar campos enteros de la ciencia, desde la química hasta la física de materiales.
Cómo la luz extrema redefine la materia
Los electrones de un átomo, cuando están ligados a su núcleo, solo pueden ocupar ciertos niveles de energía, como los escalones de una escalera bien definida. Sin embargo, cuando un átomo es expuesto a un campo de luz extremadamente intenso, estos niveles cambian y se transforman en lo que los científicos llaman “estados híbridos de electrón-fotón”. En estos estados, los electrones interactúan de manera continua con los fotones de la luz, alterando su comportamiento energético y creando un nuevo tipo de sistema cuántico.
Estos estados especiales solo pueden generarse bajo intensidades de luz asombrosamente altas, de entre diez y cien billones de vatios por centímetro cuadrado. Generar y controlar estos estados vestidos había sido, hasta ahora, un reto inmenso. Pero el avance logrado mediante pulsos de luz XUV ultracortos ha permitido que este fenómeno deje de ser una curiosidad teórica y se convierta en una herramienta manipulable en laboratorio. Lo que hace único a este experimento es el uso de modelado de pulsos, una técnica que permite ajustar las propiedades de la luz como su intensidad, fase o duración. Esta capacidad para diseñar la luz a medida ha sido la clave para conseguir un control tan preciso de los átomos individuales.
El experimento: manipulando átomos con luz ultravioleta
El núcleo del experimento se llevó a cabo en el láser de electrones libres (FEL), uno de los instrumentos más avanzados del mundo para generar radiación ultravioleta extrema. Este láser emite pulsos de luz de alta intensidad, necesarios para alcanzar los niveles energéticos que permiten la formación de estados vestidos.
Los investigadores eligieron átomos de helio como modelo, debido a su estructura simple y bien estudiada. Al bombardearlos con luz XUV, observaron cómo los niveles de energía de los electrones cambiaban en tiempo real. Gracias a la precisión del láser FERMI, los científicos no solo generaron estos cambios, sino que lograron controlar el resultado con una exactitud milimétrica.
Un aspecto especialmente innovador fue la velocidad del proceso. El equipo demostró que los estados cuánticos pueden ser manipulados en tiempos de menos de dos femtosegundos (una millonésima de billonésima de segundo). Esta rapidez es crucial, ya que permite controlar procesos cuánticos antes de que se disipen o cambien de forma natural.
Fuente: Muy Interesante