Átomo por átomo

Un nuevo laboratorio está en marcha en el Departamento de Física, se trata de un espacio de trabajo para manipular materia fría. El proyecto se concreta luego de varios años de planificación y múltiples colaboraciones junto a otras instituciones científicas.

- Por Lis Tous - 

En la frontera de la cuántica existen técnicas que permiten manipular iones y átomos de manera individual, uno por uno. Esta intervención de la materia resulta un área de estudio fundamental para la física contemporánea, así como sus aplicaciones en tecnologías vinculadas al procesamiento de la información y a la metrología.

“En rasgos generales los objetivos del laboratorio son estudiar ciertas propiedades del horizonte cuántico que nos permitan hacer sensores, relojes y computadoras de mayor precisión y exactitud; y explorar experimentalmente aspectos fundamentales de la transición entre el mundo cuántico y el mundo clásico”, dice Christian Schmiegelow, investigador del Laboratorio de Iones y Átomos Fríos (LIAF) perteneciente al Departamento de Física (DF) y al Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA) de la UBA y el CONICET.

A mediados del año 2015, los investigadores Juan Pablo Paz, Augusto Roncaglia, Miguel Larotonda y Christian Schmiegelow fundaron el grupo del LIAF del que hoy son responsables bajo la dirección del Dr. Paz. La comunidad del DF en su conjunto trabajó para que el proyecto pueda concretarse y junto con el IFIBA llevan más de cincuenta mil dólares invertidos en infraestructura: climatización, instalación eléctrica, mesas ópticas y equipos.

Recientemente el LIAF ganó un subsidio PME -Proyectos para Modernización de Equipamiento- otorgado por la Agencia Nacional de Promoción Científica y tecnológica que asciende a diecisiete millones seiscientos mil pesos, inversión que le permitiría equiparse completamente.

“Este año, nuestra meta es atrapar el primer ion en una trampa de iones que armamos en Alemania y traeremos a Argentina en unos meses”, dice Schmiegelow. El investigador hizo su post-doctorado en la Universidad de Mainz y decidió regresar al país para integrarse como parte del grupo fundador del LIAF.

Experimentación coherente

Para ganar velocidad en el procesamiento de datos; lograr mayor precisión en las comunicaciones y en la fabricación de nanotecnología; o para acortar la incertidumbre en las medidas y los pesos, los científicos necesitan manipular conjuntos de átomos de manera muy precisa con luz láser. La manera en que los iones son cazados es básicamente a través de un campo eléctrico oscilante, dentro de una cámara de vacío.

“Podemos atrapar uno, cien o una cantidad específica de iones; organizarlos en el espacio y hacer que interactúen entre ellos como queremos”, explica Schmiegelow y agrega: “Nosotros experimentamos de forma coherente con la materia. Trabajamos en el régimen cuántico en el cual los átomos se manifiestan como partículas y también como ondas. Esto permite, por ejemplo, en el ámbito de la computación cuántica hacer muchos cálculos en paralelo y así poder simular procesos físicos con menores recursos y mayor velocidad”.

Estabilidad, precisión y exactitud

“Las tecnologías que se desarrollan en esta área tienen un enorme impacto en la definición de nuevos patrones de medición de tiempos y frecuencias así como también en el desarrollo de diversos tipos de sensores, o en el avance hacia objetivos más distantes como la computación cuántica”, destaca Juan Pablo Paz director del IFIBA e impulsor del Laboratorio desde sus orígenes.

Schmiegelow, explica que un sensor magnético, por ejemplo, puede hacerse con objetos de distinto tamaño: Puede usarse una brújula, un circuito electromagnético o, incluso, un único átomo. En este caso, el estado del último electrón puede ser muy sensible campo magnético. En cada una de esas escalas hay beneficios y complicaciones. “Hoy buscamos hacer nuevos dispositivos en la escala atómica, esa es la idea que gira alrededor de este laboratorio”, sintetiza el investigador.

Relojes Atómicos

La relojería atómica está experimentando una revolución por su capacidad de generar niveles de precisión y exactitud cada vez mayores. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST, por sus siglas en inglés) fija un límite a la exactitud: permite el atraso de un segundo cada 3700 millones años en los relojes atómicos. Sin embargo, ya existe un reloj que ha superado ampliamente esos estándares. La imprecisión aún puede achicarse más y lograr mejores resultados.

Estos relojes no se proponen reemplazar a los que  usamos cotidianamente, ya que no requieren tanta precisión. En cambio, serán utilizados en aplicaciones vinculadas a la mejora de los sistemas de navegación -como el GPS-; a la fabricación de nuevos sensores y a la redefinición de los patrones de medición de tiempos y frecuencias.   

En este contexto, el LIAF junto al Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa  (CITEDEF) y al Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI) aspira a constituir una red de colaboraciones: “Mientras que en nuestro Laboratorios planeamos establecer patrones de mayor estabilidad para los relojes, en CITEDEF van a desarrollar patrones portables; y el INTI se va a llevar a cabo la homologación y contrastación de las frecuencias con la tecnología llamada láser de peine de frecuencias”, especifica Schmiegelow.