Al enfriarse los excitones a solo una fracción arriba de cero absoluto, se condensan en la parte inferior de una trampa electroestática y espontáneamente forman ondas de materia. (Crédito: UC, San Diego)
Un grupo de físicos atrapó y enfrió partículas exóticas llamadas excitones de manera que se condensaran y unieran para formar una onda gigante de materia.
Esta hazaña permitirá a los científicos un mejor estudio de las propiedades de los excitones, que existen sólo de manera fugaz y ofrece aplicaciones prometedoras y diversas, tales como mejor recolección de la energía solar y computación ultra rápida.
“Condensar el excitón en una trampa abre la oportunidad de estudiar este interesante estado. La trampa permite el control de la condensación, proporcionando una nueva manera de estudiar las propiedades fundamentales de la luz y la materia”, indicó Leonid Butov, de la Universidad de California, en San Diego.
Los excitones son partículas compuestas que consisten de un electrón y un “agujero” que deja un electrón perdido en un semiconductor. Creado por medio de la luz, esta pareja existe en la naturaleza. La formación y dinámica de los excitones juegan un papel crítico en la fotosíntesis, por ejemplo.
Igual que la materia, los excitones tienen las propiedades onda y partícula, desde un punto de vista cuántico. Las ondas por lo general no están sincronizadas, pero cuando las partículas se enfrían lo suficiente como para condensarse, sus ondas se sincronizan y se combinan para formar una onda gigante de materia, un estado que otros han observado en átomos.
Los científicos pueden fácilmente crear excitones al dirigir un rayo de luz sobre un semiconductor, pero para lograr la condensación deben enfriarse antes de que se recombinen.
Un punto clave en el éxito del equipo de trabajo fue separar los electrones lo suficiente de sus agujeros pares de manera que los excitones pudieran durar lo suficiente y así los científicos los pudieran enfriar y condensarlos.
Crearon una trampa electroestática hecha de un electrodo en forma de diamante y enfriaron su material semiconductor hasta los 50 mili-Kelvin, sólo una fracción de grado arriba del cero absoluto.
Un láser enfocado sobre la superficie del material creó los excitones, los cuales se empezaron a acumular en la parte inferior de la trampa al tiempo que se enfriaban. Abajo de 1 Kelvin, la nube entera de excitones conformó una sola onda de materia, un rastro del llamado estado condensado Bose-Einstein.
Otros científicos han visto átomos enteros realizar este tipo de ondas de materia cuando son atrapados y enfriados, pero esta es la primera vez que se ven partículas subatómicas formar ondas de materia en una trampa.
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