¿Sabías que los láseres pueden enfriar átomos en Chile?

Técnica que usa láseres para reducir la velocidad de átomos, enfriándolos.

Se basa en transferir momento de fotones a átomos en movimiento.

Al absorber un fotón, el átomo gana su momento en dirección opuesta a su movimiento.

El átomo pierde energía cinética y, por tanto, se enfría.

El momento lineal de un fotón es $p=\frac{h}{\lambda }$.

Donde $h$ es la constante de Planck y $\lambda$ la longitud de onda.

La energía del fotón es $E=h\cdot \nu$.

También se expresa como $E=\frac{h\cdot c}{\lambda }$.

La energía cinética de un átomo es $E_c=\frac{1}{2}m{v}^2$.

Al reducir $v$, disminuye $E_c$ y, por tanto, la temperatura.

Los átomos en movimiento ven la luz láser con frecuencia distinta, permitiendo absorción selectiva.

Esto enfoca la acción del láser solo en átomos que se mueven hacia la fuente.

En el radiotelescopio ALMA para enfriar detectores superconductores.

ALMA opera a 5000 msnm en el desierto de Atacama.

Los relojes atómicos de cesio usan átomos fríos para mayor precisión en exámenes médicos.

Un error de 1 segundo en 300 años es típico en estos dispositivos.

Un sistema láser industrial cuesta entre 4.500.000 y 6.000.000 CLP.

Similar al precio de un auto usado en Chile.

Se alcanzan temperaturas de microkelvin (B5 ParseError: Unexpected character: '' at position 1: ̲B5K), muy cerca del cero absoluto.

El cero absoluto es -273,15°C, imposible de alcanzar pero útil como referencia.

A temperatura ambiente, los átomos de sodio se mueven a unos 500 m/s.

Con enfriamiento láser, se reducen a solo 0,1 m/s.

El láser para átomos de sodio usa luz de 589 nanómetros (amarillo).

Esta longitud coincide con una línea de absorción del sodio.

La constante de Planck es $h=\mathrm{6,626}\times {10}^{-34}\text{ J}\cdot \text{s}$.

Es la menor cantidad de energía que puede transportar un fotón.

La velocidad de la luz es $c=3\times {10}^8\text{ m/s}$.

Este valor es constante en todos los sistemas de referencia.

Los detectores superconductores de ALMA necesitan operar a temperaturas cercanas al cero absoluto.

Esto reduce el ruido térmico y mejora la sensibilidad del telescopio.

En el desierto de Atacama, las temperaturas diurnas pueden superar los 50°C.

Por la noche, bajan a -10°C, mostrando un rango extremo.

Piensa en 'papa' (p) de 'hache sobre lambda' (h/λ).

Asocia cada símbolo con su significado: p=momento, h=Planck, λ=longitud de onda.

El láser no transfiere calor, sino que reduce la velocidad de los átomos.

El calor es energía cinética aleatoria; aquí se enfoca en reducir movimiento direccional.

Podría impulsar computadores cuánticos y sensores ultraprecisos en el país.

Investigadores chilenos ya exploran aplicaciones en metrología.

El método fue desarrollado por Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji y William Phillips en los años 80.

Ganaron el Premio Nobel de Física en 1997 por este trabajo.

Para $\lambda =589\text{ nm}$, $p=\mathrm{1,12}\times {10}^{-27}\text{ kg}\cdot \text{m/s}$.

Usa $h=\mathrm{6,626}\times {10}^{-34}$ y convierte nm a metros.

Los escáneres de resonancia magnética usan principios similares para enfriar componentes.

Aunque no enfrían átomos directamente, la tecnología es comparable.