Los físicos de la Universidad de California en Santa Bárbara se han convertido en los primeros científicos en observar experimentalmente un comportamiento extraño en el mundo cuántico: cuando las partículas de un sistema desordenado son expulsadas de su posición, un " Se produce el efecto "dardo cuántico". En lugar de aterrizar en otro lugar como se esperaba, dieron media vuelta y se detuvieron allí.
“Esto es en realidad un efecto mecánico cuántico fundamental”, dijo el físico atómico David Wilder, cuyo laboratorio produjo el efecto y publicó un artículo en 2006. Se revisa físicamente en el artículo. "No existe una explicación clásica para este fenómeno."
El efecto boomerang se originó a partir de un fenómeno predicho por el físico Philip Anderson hace unos 60 años. Un comportamiento desordenado llamado localización de Anderson inhibe el transporte de electrones. Roshansajjad, autor principal del artículo, cree que este desorden puede ser causado por defectos en la red atómica del material, ya sean impurezas, defectos, dislocaciones u otras perturbaciones.
“Con este tipo de trastorno, básicamente no se dispersan por ningún lado”, dijo Sajjad. Como resultado, los electrones se localizarán en lugar de moverse rápidamente a lo largo de la red cristalina, convirtiendo un material que de otro modo sería conductor en un aislante. A partir de esta condición cuántica bastante complicada, hace unos años se predijo el efecto dardo cuántico.
Es extremadamente difícil, si no imposible, rastrear los electrones cuando salen de sus ubicaciones locales, pero hay algunos consejos en el laboratorio de soldadura. Los investigadores utilizaron un gas compuesto por 654,38 millones de átomos de litio ultrafríos suspendidos en ondas estacionarias para "patearlos", simulando lo que se conoce como un rotor de patada cuántica (tanto Weld como Sajjad dicen que es similar a un péndulo que patea periódicamente). Los investigadores pueden crear celosías y desorden y observar el lanzamiento y regreso del boomerang. Trabajaron en el espacio de impulso, una forma de evitar algunas de las dificultades experimentales sin cambiar la física subyacente del efecto boomerang.
"En el espacio posicional normal, si estuvieras buscando el efecto boomerang, le darías a tu electrón una velocidad finita y verías si regresa a la misma posición", explicó Sajjad. "Debido a que estamos en el espacio de momento, comenzamos con un sistema con momento promedio cero, buscamos alguna desviación y luego volvemos al momento promedio cero".
Usando su rotor cuántico, hicieron el cristal. Cuadrícula de docenas de veces y observe el cambio inicial en el impulso promedio. Sin embargo, con el tiempo, a pesar de las repetidas patadas, el impulso promedio vuelve a cero.
“Es simplemente un comportamiento fundamentalmente diferente”, dijo Wilder. Explicó que en un sistema clásico, un rotor expulsado de esta manera reaccionaría constantemente absorbiendo la energía del impulso. versión de lo mismo lo que se ve es que comienza a ganar energía por un corto período de tiempo, pero en algún momento deja de absorber energía.
Este comportamiento, dijo, se debe a las fluctuaciones. de los sistemas cuánticos.
Wilder explicó: "Lo que estás alejando no es sólo una partícula, sino una onda. Esto es mecánica cuántica. Conceptos básicos. ". "Debido a esta naturaleza ondulatoria, se perturbará. La perturbación de este sistema eventualmente volverá a la estabilidad y permanecerá en el punto original. "Los investigadores descubrieron en sus experimentos que las patadas periódicas ilustran la simetría de inversión del tiempo, lo que produce un efecto boomerang, pero las patadas aleatorias rompen la simetría, por lo que se produce un efecto boomerang.
Entonces es el laboratorio de soldadura: si un solo El efecto de dardo es genial, ¿qué tal si varios efectos de dardo interactúan formando una fiesta?
"Hay muchas teorías y preguntas. ¿Qué pasa si la interacción destruye el boomerang? ¿Hay muchos efectos físicos interesantes? "La otra cosa interesante es que podemos utilizar este sistema para estudiar dardos en dimensiones superiores", dijo Sajjad.
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Jeremy L. Tanlimco, Héctor Mas, Eber Nolasco Martinez y Ethan Q. Simmons de UCSB también estudiaron este proyecto; Tommaso Macrì de la Universidad Federal de Rio Grande do Norte y Patrizia Vignolo de la Universidad Azul.