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» » Dos nuevas sorpresas para la física de tres cuerpos

Los físicos en los EE.UU. han calculado que debería existir una nueva clase de estados enlazados para tres cuerpos de átomos que experimentan interacciones de largo alcance, aunque las interacciones en sí mismas sean demasiado débiles para sujetar a los pares de los mismos átomos.
Estos estados se han visto anteriormente en los átomos bosónicos, afectados por interacciones de corto alcance; sin embargo, el equipo señala que este último fenómeno es muy diferente, concretamente, porque también puede ocurrir con los fermiones. Aunque los investigadores reconocen que aún no han visto los nuevos estados, éstos podrían revelarse en los experimentos con gases atómicos ultrafríos.

La idea de que tres átomos puedan formar un estado cuántico débilmente enlazado, aun en el caso de que cualquiera de dos átomos  no pudiera unirse por sí solo, fue predicha por primera vez por el físico ruso Vitaly Efimov en la década de 1970. El ahora reconocido como estados enlazados de tres cuerpos de Efimov, se pudo observar por primera vez en 2006, dentro de un gas de átomos de cesio enfriado a sólo 10 nK, por un equipo dirigido por Hanns-Christoph Nägerl, de la Universidad de Innsbruck en Austria. Los estados de Efimov sólo se producen con átomos que son bosones, es decir, átomos valores de espín son enteros, en lugar de medios.

De largo y corto alcance

Una importante característica de los estados de Efimov es que las interacciones entre los átomos son de corto alcance, dicho de otra manera, se describen por el potencial atractivo que cae más rápido que el inverso del cuadrado de la distancia entre los átomos. Si el potencial tiene un alcance largo, entonces dejan de aplicarse los cálculos de Efimov no se aplican ni existen. Por supuesto, que si estos potenciales de largo alcance resultan ser fuertes, entonces se considera un número infinito de estados enlazados de tres cuerpos, pero en su conjunto no son los estados de Efimov.

Hasta ahora, sin embargo, no había quedado claro si estos estados enlazados de tres cuerpos existen cuando el potencial es tan débil que no llega a enlazar a los pares de átomos. Lo que Brett Esry y sus colegas, en la Universidad estatal de Kansas, han descubierto es que, los estados enlazados de tres átomos deberían ocurrir cuando se son atraídos el uno hacia el otro por un muy débil potencial inverso del cuadrado. El equipo llegó a esta conclusión a través del estudio de soluciones numéricas a la ecuación de Schrödinger de tres cuerpos para tres bosones idénticos.

Esry y sus colegas centraron su atención en los fermiones y obtuvieron un segundo resultado sorprendente. Cuando los espines de los tres átomos apuntan en la misma dirección, se suceden los estados enlazados de los tres cuerpos, incluso cuando los átomos en pares se repelen entre sí.

Esry contó a physicsworld.com que es posible ver los nuevos estados en los experimentos de laboratorio: "Dado que son enlaces muy débiles, tal como los estados de Efimov, los gases ultrafríos son los candidatos más probables para verlos. El escenario más probable para verlos se halla en una mezcla de átomos pesados ​​bosónicos que interactúan con los átomos fermiónicos de la luz."

En dicho escenario, los fermiones actúan como mediadores de la fuerza que resulta de una efectiva atracción del potencial inverso del cuadrado entre los bosones. Mientras Esry cree que el efecto podría revelarse en un gas de cesio bosónico y de litio fermiónico, que son los sistemas candidatos ideales que debieran tener una mayor proporción de masa entre el bosón y el fermión. Los sistemas posibles incluyen iterbio-hidrógeno o erbio-hidrógeno, aunque Esry señala que el hidrógeno es particularmente difícil que trabaje con el litio, aún así, los fermiones serían la mejor elección.

Nägerl dice que el resultado es"realmente inesperado", y agregó "la sorprendente riqueza del caso (la inversa del cuadrado)". Sin embargo, piensa que va a ser difícil convencer a los expermentadores de que intenten confirmar el resultado teórico, debido a los problemas relacionados con las herramientas de sus laboratorios a la hora de crear y estudiar una adecuada combinación bosón-fermión.


- Referencia: PhysicsWorld.com, 30 mayo 2012, por Hamish Johnston
- Fuente:  Physical Review Letters .
- Imagen 1) Movimiento caótico de tres cuerpos en un campo de fuerzas aislado. Wikipedia, autor Joris Gillis.
- Imagen 2: Tres cuerpos se adhieren, pero dos no. Ilustración de Shutterstock

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Editor del blog Pedro Donaire

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