Átomos en medios confinados
Átomos en vapores ultra-diluidos constituyen el sistema físico ideal para realizar experimentos de Física Cuántica. Gracias a su baja densidad, la interacción entre átomos es despreciable, y el sistema se comporta como un conjunto de sistemas cuánticos aislados e idénticos. La interacción con este sistema atómico se puede realizar con relativa facilidad mediante campos electromagnéticos, usualmente ópticos. Dichos campos permiten tanto modi-ficar los estados del sistema como medirlos, utilizando diversas técnicas espectroscópicas. Este sistema atómico se obtiene fácilmente dentro de reci-pientes herméticos. A temperatura ambiente, los átomos se mueven a velocidades térmicas, reduciendo los tiempos de interacción a micro-segundos debido al confinamiento que impone el recipiente, e introduciendo desplazamientos en frecuencia muy importantes debido al efecto Doppler. Estos efectos, que limitan fuertemente la resolución de las mediadas, pueden atenuarse sustancialmente con técnicas espectroscópicas específicas, o direc-tamente reduciendo las velocidades mediante un enfriamiento óptico.
En el pasado investigamos situaciones de confinamiento extremo, como las que se obtienen en un celda fina con dimensiones micro-métricas, que impone un confinamiento en una dimensión (1D) [Fai07][Len09][Fai10]. Esta situación adquiere gran relevancia cuando se desea miniaturizar dispositi-vos como relojes atómicos, magentómetros, etc.
Recientemente, investigamos diversas situaciones de confinamiento 2D y 3D para el vapor atómico, como se describe seguidamente.
Átomos de Rydberg
Los estados de Rydberg son estados electrónicos, de átomos hidrogenoides (alcalinos), con muy alta energía. Esto implica que el electrón excitado se encuentra muy próximo al umbral de ionización, o equivalentemente, que el electrón presenta una distancia media al núcleo muy grande. Esta dis-tancia puede ser miles de veces superior a la del electrón en su estado de mínima energía, por lo que el átomo “engorda” miles de veces al ser excitado. Esto le confiere a estos estados una de sus propiedades más sobresalientes: su extremadamente alta capacidad de interactuar con campos electromagnéticos externos. Esta es debido a su altísima polarizabilidad eléctrica y magnética, que se multiplicada por un factor diez millones. Esto hace a estos estados cuánticos muy interesantes, porque les permite interactuar fuertemente con otros átomos a distancias “macroscópicas” que pue-den medirse en micras. Así, los átomos en estados de Rydberg son ideales para generar estados cuánticos colectivos, denominados habitualmente super-átomos, estudiar fenómenos colectivos coherentes como por ejemplo la super-radiancia, o el fenómeno opuesto, la sub-radiancia, o construir simuladores de procesos colectivos como la superconductividad, o procesadores cuánticos. Otra propiedad muy importante de los estados de Rydberg es que su vida natural media es muy larga, pudiendo llegar en algunos casos particulares a “vivir” segundos.
En el grupo FCA iniciamos nuestras investigaciones con átomos de Rydberg hace pocos años. Actualmente buscamos crear en el laboratorio, un sistema paradigmático de la Física: un átomo acoplado a un sistema macroscópico resonante. En esta configuración el sistema cuántico (átomo) encuentra su evolución determinada por las propiedades del sistema resonante macroscópico (clásico), y claro, por la magnitud del acoplamiento.
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