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Por fin se ha demostrado un extraño efecto cuántico que se predijo hace décadas: si se hace que una nube de gas sea lo suficientemente fría y densa, se puede volver invisible. Este extraño efecto es el primer ejemplo específico de un proceso mecánico cuántico conocido como bloqueo de Pauli.
Científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) utilizaron láseres para comprimir y enfriar gas de litio a densidades y temperaturas lo suficientemente bajas como para que dispersara menos luz. Al enfriar la nube aún más cerca del cero absoluto (-273,15 grados Celsius), esta se torna completamente invisible. Los resultados fueron publicados este jueves en la revista Science.
“Lo que hemos observado es una forma muy especial y sencilla de bloqueo de Pauli, que consiste en impedir que un átomo haga lo que todos los átomos harían de forma natural: dispersar la luz”, indicó en un comunicado el autor principal del estudio, Wolfgang Ketterle, profesor de física del MIT. “Esta es la primera observación clara de que este efecto existe, y muestra un nuevo fenómeno en la física”, agregó.
El bloqueo de Pauli proviene del principio de exclusión de Pauli, formulado por primera vez por el famoso físico austriaco Wolfgang Pauli en 1925. Este sostiene que todas las partículas llamadas fermiones (como protones, neutrones y electrones) con el mismo estado cuántico no pueden existir en el mismo espacio. Sin el principio de exclusión todos los átomos se colapsarían juntos al tiempo que entrarían en erupción en una enorme liberación de energía.
Invisibilidad de la materia
Al enfriar los átomos estos pierden energía, llenando todos los estados más bajos disponibles y formando un tipo de materia llamado mar de Fermi. Las partículas quedan encerradas unas en otras, sin poder ir a otros niveles de energía. En este punto, se apilan en tumultos y no tienen a dónde ir si son golpeadas. Están tan apiladas que las partículas ya no pueden interactuar con la luz. Por ende, la luz que se envía al interior cumple con el bloqueo de Pauli y simplemente traspasará, explican los investigadores.
Según el estudio, es complejo conseguir que una nube atómica alcance este estado. No solo necesita temperaturas increíblemente bajas, sino que también requiere que los átomos se aprieten hasta alcanzar densidades récord. Después de atrapar su gas dentro de una trampa atómica, los investigadores lo hicieron estallar con un láser. Tal y como predecía la teoría, los átomos enfriados y comprimidos dispersaron un 38% menos de luz que los que estaban a temperatura ambiente, lo que los hizo mucho más débiles.
Ahora que los investigadores han demostrado por fin el efecto de bloqueo de Pauli, podrían utilizarlo para desarrollar materiales que supriman la luz para evitar la pérdida de información en los ordenadores cuánticos.
