Nueva teoría para medir temperaturas mínimas promete una revolución en la física

 

Una nueva teoría para registrar las temperaturas más bajas jamás medidas, con la mayor precisión permitida por las leyes de la naturaleza, ha abierto una línea de investigación que promete revolucionar la física de baja temperatura. Además, este proceso podría encontrar una gran cantidad de aplicaciones en tecnologías cuánticas emergentes.

Científicos de la Universidad de Nottingham y del Instituto de Ciencias Fotónicas (Barcelona, España), han demostrado que es posible, en principio, medir temperaturas que están por debajo de una billonésima parte de un Kelvin en un gas atómico frío sin perturbarlo significativamente y superando los estándares de precisión actuales.

En su estudio, los investigadores modelaron un condensado de Bose-Einstein -un estado de materia único que se logra al enfriar un gas atómico a temperaturas extremadamente bajas-, utilizando parámetros experimentales realistas. La técnica termométrica funcionaría incrustando un átomo impuro en el condensado atómico, de modo este que adquiera información sobre la temperatura de la muestra en su interacción. En particular, su posición y velocidad se vuelven dependientes de la temperatura, de modo que, al monitorearlos, la temperatura se puede inferir con alta precisión sin alterar el condensado.

Los gases atómicos ultrafríos son una plataforma experimental muy versátil para varias aplicaciones, como la simulación de sistemas fuertemente correlacionados, el procesamiento de información cuántica o la producción de haces de electrones de alta calidad (frío) para microscopía electrónica o difracción de electrones. Para la mayoría de estas aplicaciones, es esencial enfriar el gas atómico a temperaturas más bajas posibles. Determinar la temperatura de estos sistemas con precisión también es fundamental para el desarrollo de las aplicaciones.

Los investigadores señalaron que las técnicas termométricas más comunes actualmente disponibles para los átomos fríos son destructivas; es decir, la muestra se destruye como resultado de la medición. Por otra parte, las técnicas no destructivas generalmente no tienen la precisión necesaria a muy baja temperatura. Nuestra investigación proporciona una solución que supera ambos problemas.

Si bien, logros experimentales sobresalientes permiten hoy en día la termometría de alta precisión a temperaturas muy bajas. Sin embargo, es importante que se tenga en cuenta que, dependiendo de la plataforma experimental específica, el mecanismo físico subyacente, la precisión y el rango de temperatura efectivo de los diferentes esquemas termométricos varían de manera importante.

Este nuevo marco teórico de la termometría cuántica, según Luis Correa, uno de los investigadores, busca determinar los límites fundamentales en la precisión de las mediciones de temperatura cercanas al cero absoluto, y se aplica universalmente a cualquier sistema. Es importante destacar que esto puede proporcionar pistas sobre cómo mejorar los estándares termométricos actuales de baja temperatura.

El estudio ha sido publicado en la revista Physical Review Letters .