Exponen investigación de la UCR sobre átomos fríos en Alemania

Exponen investigación de la UCR sobre átomos fríos en conferencia internacional

Manrique Vindas Segura

El estudiante de Maestría Académica de la Escuela de Física de la Universidad de Costa Rica (UCR), Andrés Chavarría Sibaja, viajó del 10 al 15 de marzo del presente año a la ciudad de Rostock en Alemania para participar en la Conferencia Internacional sobre Física organizada por la Sociedad de Física Alemana (DPG por sus siglas en alemán de Deutsche Physical Gesell).

Durante la Conferencia Internacional sobre Física en Alemania, Andrés Chavarría sostiene la esfera que se utiliza como patrón de medición de la constante física de Avogadro, que es el número de átomos totales que hay en un mol de un material, y que a su vez  define rasgos de un patrón de medición para el kilogramo.

El evento estuvo dedicado a la investigación con átomos ultra-fríos que es una rama de la física atómica que se encarga del estudio de los átomos cuando estos se encuentran a temperaturas extremadamente bajas, en un estado de la materia  que se conoce condensado de Bose-Einstein. Y que en ocasiones es denominado  el quito estado de la materia.

Este joven investigador expuso los resultados de su investigación en ese campo denominada "Utilización de una μ-balanza de cuarzo para medir las velocidades atómicas en un desacelerador Zeeman" (”Using a quartz crystal μ-balance forma the measuring atomic velocities in a Zeeman Slower"), la cual está realizando junto con el profesor Dr. Óscar Andrey Herrera Sancho y el Bach. Kévin Hernández Jiménez, en el Laboratorio Cuántico de Superficies y Nanoestructuras del Centro de Investigación en Ciencia e Ingeniería de Materiales (CICIMA) de la Universidad de Costa Rica (UCR).

La investigación es parte del trabajo final de graduación para optar por la Maestría en académica en Física.

El proyecto es la continuación de una serie de investigaciones interrelacionadas que se vienen realizando en el CICIMA en el campo de la física de átomos ultra-fríos y que representan el primer intento de un grupo de investigación en el país por incursionar en el campo de la física.

La primera inició con la tesis de Maestría Académica en Física de la UCR de Milena Guevara Bertsch, quien ahora cursa un doctorado en física de átomos ultra-fríos en la Universidad de Innsbruck en Austria.

La M.Sc. Guevara diseñó un enfriador de átomos de tipo “desacelerador Zeeman”, conocido en inglés como “Zeeman Slower”. Los resultados de esta investigación los resume en el artículo científico “Diseño y caracterización de un enfriador de átomos de tipo “desacelerador Zeeman”.

El “desacelerador Zeeman”  es una especie de dispositivo con una serie de bobinas, que mantiene condiciones de vacío en su interior, por donde los átomos van pasando, mientras se aplica una corriente a las bobinas para que se genere un campo magnético, el cual junto con un láser, produce lo que se llama enfriamiento láser de esos átomos hasta llevarlos al nivel de mínimo de energía, denominado estado fundamental.

El desacelerador permite lograr un condensado de Bose-Einstein. Según e explicó Chavarría, el procedimiento consiste en que “se toma un metal y se evapora, para luego tomar ese vapor del metal y enfriarlo a la temperatura muy cercana al cero absoluto o cero Kelvin, que es la más baja posible de encontrar en la naturaleza para disminuirle la energía a los átomos”.

Para dar continuidad a esta investigación, es necesario poder medir que tanto se están enfriando los átomos y cuánto se están desacelerando.

Andrés Chavarría, explicó que para poder efectuar tal medición, él y su grupo de investigación crearon “una técnica de medición basada en en el uso de una microbalanza de cuarzo, la cual es un dispositivo que normalmente es usado en física de materia condensada, en procesos de medición de grosor cuando se crean capas de materiales de solo unos átomos de grosor.

No obstante, en este caso ellos están utilizando la microbalanza de cuarzo, para medir la velocidad de los átomos a partir de que tan fuerte estos golpean la balanza.

Para lograr el objetivo del proyecto, Chavarría explicó que también deben “realizar el diseño de una trampa magneto-óptica, la cual es un arreglo experimental que está compuesto por un sistema de ultra alto vacío junto a un grupo de bobinas que genera un campo magnético, el cual  además tiene un arreglo de láseres que están alineados de tal manera que cuando los átomos llegan ahí se quedan atrapados.”

El joven investigador explicó que “esta trampa permite conservar al grupo de átomos en el mismo estado energético y a la temperatura más baja posible formando una estructura denominada “red óptica” para poder acomodar los átomos de diferentes maneras, como por ejemplo el acomodo de regular y periódico de los átomos que tienen los cristales”.

Agregó que esto permite “estudiar la interface entre ese arreglo periódico de átomos y los elementos alrededor. ¿Y eso por qué es interesante?, porque básicamente todos los materiales en la naturaleza interaccionan con el  medio a través de la superficie. Entonces se pueden estudiar fenómenos de oxidación, redistribución de moléculas, redistribución de la estructuras debido a agentes externos, respuesta de materiales a campos magnéticos, la conductividad y superconductividad eléctrica, los efectos del calor, entre otros.

Recalcó que además “como esta parte es la interface entre el material y el medio circundante, también es la interface entre la parte interna y la parte externa. Entonces en esta interface ocurren ciertas interacciones entre los átomos que no ocurren en el núcleo del material, lo que hace que el comportamiento sea diferente”.

Según enfatizó, una particular importancia de esta investigación “es que abarca dos ramas de la física que no suelen ser combinadas. Ellas son la física de átomos ultra-fríos, que es una rama de la física atómica, con la física de superficie que es una rama de la física de estado sólido o de materia condensada”.

Para participar en la conferencia internacional, el estudiante Andrés Chavarría contó con el apoyo económico de la las Vicerrectorías de Investigación y Vida  Estudiantil para participar en el evento.

En la conferencia participaron unas 300 personas, principalmente provenientes de Europa y Estados Unidos. También de países asiáticos como China y Japón. De América Latina solo había participantes de México, Brasil y por Costa Rica el estudiante de la UCR.

La Conferencia Internacional sobre Física se realizó en marzo, en la ciudad de Rostock al norte en Alemania, organizada por la Sociedad de Física Alemana (DPG por sus siglas en alemán de Deutsche Physical Gesell).