Físicos logran crear gas unidimensional con partículas de luz

MadridInvestigadores de la Universidad de Bonn y la Universidad de Kaiserslautern-Landau (RPTU) han logrado crear un gas unidimensional utilizando partículas de luz. Este avance les permitió verificar por primera vez teorías sobre cómo se forma este estado de la materia. Sus descubrimientos fueron publicados en la revista "Nature Physics".

Los investigadores recolectaron fotones en una pequeña área y los enfriaron simultáneamente. Utilizaron un método de estructuración detallado para atrapar los fotones en minúsculas estructuras. Estos polímeros restringen el movimiento de los fotones a una sola dirección.

Aspectos clave del experimento:

• Confinar fotones en contenedores microscópicos llenos de una solución de tinte.
• Utilizar un láser para excitar la solución, haciendo que los fotones reboten entre paredes reflectantes.
• Añadir estructuras de polímero transparente a las superficies reflectantes para atrapar a los fotones.

Enfriar un gas de fotones puede llevar a su condensación, pero en un sistema unidimensional, el proceso es más incierto debido a las fluctuaciones térmicas. Por esta razón, estos sistemas se comportan de manera distinta a sus equivalentes bidimensionales. A pesar de que las transiciones de fase son menos nítidas en los sistemas unidimensionales, siguen estando influenciadas por la física cuántica.

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Esta investigación es crucial para la óptica cuántica. Explorar cómo cambian las dimensiones puede abrir nuevas aplicaciones. Por ejemplo, este sistema podría ayudar a desarrollar mejores sensores cuánticos o mejorar componentes de los ordenadores cuánticos.

La capacidad de controlar minuciosamente las dimensiones del gas de fotones abre nuevas oportunidades de investigación:

• Mayor control sobre los puntos de transición de fase en sistemas cuánticos.
• Nuevas metodologías para manipular la luz en ambientes confinados.
• Aplicaciones potenciales en el procesamiento de información cuántica.
• Investigación avanzada en gases cuánticos degenerados.

Las fluctuaciones térmicas afectan a los gases de fotones unidimensionales causando variaciones en su comportamiento en distintas regiones. Estas fluctuaciones hacen que la transición de fase sea menos precisa. Al comprender y reducir estas fluctuaciones, podemos estabilizar los sistemas cuánticos y hacerlos más confiables.

A medida que los científicos dominan mejor estos sistemas unidimensionales, podemos anticipar aún más avances en el futuro. Aunque la investigación aún es básica, podría dar lugar a nuevas tecnologías cuánticas. Este estudio fue financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC) y la Fundación Alemana de Investigación (DFG).