Atomo

Toda la materia que conforma nuestro universo está compuesta de átomos, desde el cuerpo humano y las estrellas, hasta el aire que respiramos. Basados en los modelos teóricos existentes, un átomo contiene tres partículas subatómicas más pequeñas: protones, electrones y neutrones.

Los protones y neutrones se encuentran en el centro formando el núcleo, el cual está rodeado por los electrones que le orbitan en radios que miden alrededor de 10.000 veces más grande que el núcleo; eso crea una cantidad relativamente grande de espacio vacío dentro de un átomo.

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Es este espacio el que los científicos de la Universidad Tecnológica de Viena y la Universidad de Harvard, utilizaron para crear un exótico nuevo estado de la materia al literalmente rellenar un átomo otros átomos más pequeños.

Los investigadores informaron que crearon un modelo generado por computadora de un átomo gigante lleno con más de cien átomos más pequeños. Notablemente, esta unidad modificada se caracteriza por una interacción que ocurre sólo a temperaturas extremadamente bajas, lo que les da a los científicos una comprensión más profunda del poco explorado campo de los llamados átomos ultrafríos.

Para crear esta forma completamente nueva de átomos gigantes, los científicos tuvieron que comenzar con átomos de Rydberg, que están compuestos por uno o más electrones que están muy excitados; como resultado, orbitan el núcleo a una mayor distancia, generando más espacio libre.

El intrincado proceso comenzó con la producción de un condensado de Bose-Einstein a partir de  átomos de estroncio, al enfriar un gas diluido de partículas subatómicas llamado bosones, a una temperatura cercana al cero absoluto.

Usando tecnología láser, la energía se transfirió a uno de los átomos en el condensado, convirtiéndolo en un átomo de Rydberg con un radio mayor. Los átomos neutros se dispersaron dentro del espacio vacío.

Un electrón excitado (azul) orbita el núcleo (rojo) de un átomo a una distancia tan grande que otros átomos (verdes) pueden caber dentro de él, creando un nuevo estado de materia conocido como polarones de Rydberg

Según los investigadores, se podrían instalar hasta 170 átomos de estroncio más en la órbita masiva, dependiendo del radio del átomo de Rydberg y la densidad del condensado de Bose-Einstein.

Los investigadores también descubrieron que estos átomos inusualmente agrupados tienen poco o ningún impacto en la trayectoria orbital del electrón de Rydberg, debido a su falta de carga eléctrica. Sin embargo, los electrones todavía se ven afectados de alguna manera porque están bloqueados de cambiar a un estado diferente.

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Los científicos llaman a este estado irregular de la materia como “polarones de Rydberg” y  solamente podrían detectarse en temperaturas extremadamente frías, puesto que de estar expuestos a temperaturas más altas, las partículas subatómicas comenzarían a moverse más rápido, lo que provocaría la ruptura del enlace.

El investigador Shuhei Yoshida, profesor en el Instituto de Física Teórica de la Universidad Tecnológica de Viena y coautor del estudio, describe la interacción como “altamente inusual” y explicó: “Normalmente, estamos lidiando con núcleos cargados, uniendo electrones alrededor de ellos. Aquí tenemos un electrón que une átomos neutros”.

Referencia: Creation of Rydberg Polarons in a Bose Gas. Physical Review Letters, 2018. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.083401

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