¿Qué más existe más allá del espacio tridimensional? Los físicos utilizan electrones para crear 'dimensiones sintéticas'
El espacio tridimensional es una estructura espacial que conocemos. Recientemente, algunos físicos han intentado desafiar los límites del espacio más allá del espacio tridimensional.
Los físicos de la Universidad de Rice están realizando nuevos experimentos. El equipo de investigación ha aprendido cómo controlar con precisión los electrones en los átomos gigantes de Rydberg. Pueden crear una "dimensión sintética" que es una herramienta importante para las simulaciones cuánticas.
El equipo de Rice desarrolló una técnica para diseñar el estado de Rydberg de átomos de estroncio ultrafríos aplicando un campo eléctrico de microondas oscilante para acoplar muchos estados. El estado de Rydberg ocurre cuando un electrón en un átomo es impulsado energéticamente a un estado altamente excitado, lo que hace que su órbita se sobredimensione y haga que el átomo sea miles de veces más grande de lo normal.
Los átomos ultrafríos de Rydberg son aproximadamente una millonésima de millón de veces más calientes que el cero absoluto. Al manipular los movimientos de los electrones con precisión y flexibilidad, los investigadores de la Iniciativa Cuántica de Rice han acoplado niveles de Rydberg en forma de red de una manera que imita los materiales reales. Estas técnicas también pueden ayudar a realizar sistemas que no son posibles en el espacio tridimensional real, creando una nueva y poderosa plataforma para la investigación cuántica.
Los átomos de Rydberg tienen muchos niveles de energía cuántica regularmente espaciados que pueden acoplarse mediante microondas para permitir que los electrones altamente excitados se muevan entre niveles de energía. La dinámica de esta "dimensión sintética" es matemáticamente equivalente a una partícula que se mueve entre los puntos de la red de un cristal real.
Los investigadores demostraron su técnica implementando una red unidimensional conocida como sistema Su-Schrieffer-Heeger. Para hacerlo, enfriaron átomos de estroncio con un láser y aplicaron microondas con acoplamientos fuertes y débiles alternos para crear el paisaje sintético apropiado. Se utiliza un segundo conjunto de láseres para excitar átomos y convertirlos en variedades de estados de Rydberg elevadas y acopladas.
El experimento revela cómo las partículas pueden moverse dentro de una red unidimensional o, en algunos casos, congelarse en los bordes, incluso aunque tengan suficiente energía para moverse, dijeron los investigadores. Esto tiene que ver con propiedades materiales que pueden describirse en términos de topología.
Los investigadores dicen que el experimento combinó técnicas que ahora son bastante estándar en los laboratorios que estudian la física atómica. Cuando se utilizan ondas milimétricas para acoplar estados de Rydberg, es más fácil controlar la amplitud del acoplamiento. Una vez que haya implementado una red unidimensional y todos los acoplamientos estén en su lugar, puede intentar ver cuál sería la dinámica si excitara un electrón de Rydberg en el espacio resultante.
En Nature Communications se publicó un artículo de investigación relacionado titulado Realizing topological edge States with Rydberg-atom Synthetic Dimensions.
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Artículo original:
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