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» » Refrigeración por calor

Un sistema cuántico puede ser enfriado con una ráfaga caliente de luz incoherente. Esta es la sorprendente conclusión de unos físicos teóricos de Alemania, que han demostrado que la velocidad de enfriamiento a veces puede ser mayor poniendo un sistema en contacto con una entidad caliente. El diseño, que no ha sido probado en el laboratorio, podría ofrecer una manera simple de refrigeración de los dispositivos cuánticos.

Desde la década de 1980 los físicos han estado enfriando los gases de átomos usando la luz láser coherente. Este método funciona cuando los átomos absorben y emiten fotones de tal forma que liberan gradualmente su momentum. Esta técnica solamente funciona si la luz es coherente, si no es coherente la luz simplemente calienta el gas.

Pero ahora Jens Eisert y Andrea Mari, de la Freie Universität de Berlín han encontrado la manera de utilizar la luz incoherente para enfriar un sistema cuántico. Su sistema es un oscilador mecánico cuántico que se acopla a dos modos ópticos, no obstante Eisert subraya que se puede aplicar a una amplia gama de tres sistemas de modo cuántico.

Modos caliente y frío

El proceso comienza con el oscilador mecánico de alta energía o en estado caliente. Uno de los modos ópticos está frío, lo que significa que la energía potencial puede fluir desde el oscilador hacia el modo frío, refrigerando al oscilador.

El segundo modo óptico está caliente, lo que significa que contiene una gran cantidad de fotones incoherentes, y está sujeto a fluctuaciones térmicas. Según los cálculos de Eisert y Mari, el modo caliente tiene dos efectos sobre la temperatura del oscilador mecánico.  Uno de ellos es evidente, el modo calienta el oscilador. El segundo efecto es inesperado, ya que las fluctuaciones del modo caliente incrementan la velocidad a la que se transfiere la energía desde el oscilador hacia el modo frío. La clave para una aplicación práctica de esta técnica, es garantizar que este último efecto sea el dominante.

Eisert señala que el sistema es similar a un transistor, por el que la aplicación de calor, en el modo óptico caliente, origina un aumento proporcional del flujo de calor desde el oscilador mecánico hacia el modo frío.

Según Eisert, varios grupos experimentales están trabajando en la realización de este sistema en el laboratorio. Las posibles aplicaciones de este efecto pueden ser dispositivos de enfriamiento cuántico, como relojes atómicos o minúsculos resonadores mecánicos que usan la luz incoherente de los LED, relativamente baratos.

Los cálculos se describen en arXiv: 1104.0260 .

  • Referencia: PhysicsWorld.com, 19 de abril 2011, por Hamish Johnston
  • Imagen: istockphoto.com

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Editor del blog Pedro Donaire

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