Finalmente, los físicos han medido una molécula teóricamente larga hecha de luz y materia.

Los físicos acaban de descubrir que la luz actúa sobre la parte “pegamento” entre los átomos, en una especie de molécula no unida.

“Por primera vez hemos tenido éxito en polarizar varios átomos juntos de manera controlada, creando una fuerza de atracción medible entre ellos”, dice el físico de la Universidad de Innsbruck, Matthias Sonneleitner.

Los átomos están vinculados para formar moléculas de muchas maneras, todas las cuales implican el intercambio de cargas como una especie de “superpegamento”.

Algunos comparten sus electrones cargados negativamente y forman enlaces relativamente fuertes, como los gases más simples de dos átomos de oxígeno conectados que respiramos constantemente, con los hidrocarburos complejos que se encuentran en el espacio. Algunos átomos son atraídos debido a las diferencias en su carga total.

Los campos electromagnéticos pueden cambiar la disposición de las cargas alrededor de un átomo. Debido a que la luz es un campo electromagnético que cambia rápidamente, un aluvión de fotones adecuadamente orientados puede empujar a los electrones a posiciones que, en teoría, pueden ver enlazadas.

“Si ahora enciende un campo eléctrico externo, esta distribución de carga cambia ligeramente”, explica el físico Philip Haslinger de la Universidad Técnica de Viena (TU Wien).

“La carga positiva se desplaza un poco en una dirección, la carga negativa un poco en la otra, y el átomo de repente tiene un lado positivo y otro negativo, está polarizado”.

Haslinger, TU Wien, la física atómica Mira Maiwöger y sus colegas utilizaron átomos de rubidio ultrafríos para demostrar que la luz puede polarizar los átomos de la misma manera, haciendo que los átomos neutros se vuelvan ligeramente pegajosos.

“Esta es una fuerza de atracción muy débil, por lo que debes hacer el experimento con mucho cuidado hasta que puedas medirla”, dice Mayuger.

“Si los átomos tienen mucha energía y se mueven rápido, la fuerza de atracción desaparece instantáneamente. Por eso se utilizó una nube de átomos muy fríos”.

El equipo atrapó una nube de unos 5.000 átomos debajo de una oblea recubierta de oro, en un plano, utilizando un campo magnético.

Aquí es donde enfrían los átomos a temperaturas cercanas al cero absoluto (273 °C o 460 °F), formando una cuasi-condensación, por lo que las partículas de rubidio comienzan a actuar colectivamente y comparten propiedades como si estuvieran en el quinto estado de la materia. pero no tanto Totalmente lo mismo.

Los átomos fueron golpeados por un láser y los átomos experimentaron una variedad de fuerzas. Por ejemplo, puede ser impulsado por la presión de radiación de los fotones entrantes a lo largo de un haz de luz. Mientras tanto, las respuestas en los electrones pueden hacer retroceder al átomo hacia la parte más densa del haz.

Para descubrir la sutil atracción que se cree que surge entre los átomos en este flujo electromagnético, los investigadores tuvieron que hacer algunos cálculos cuidadosos.

Cuando apagaron el campo magnético, los átomos cayeron libremente durante aproximadamente 44 milisegundos antes de golpear el campo de luz láser donde también se obtuvieron imágenes utilizando microscopía de papel óptico de fluorescencia.

Durante el otoño, la nube se expandió naturalmente, por lo que los investigadores pudieron tomar medidas en diferentes densidades.

A altas densidades, Mayuger y sus colegas encontraron que hasta el 18 por ciento de los átomos faltaban en las imágenes observadas que estaban tomando. Creen que la razón de esta ausencia son las colisiones asistidas por luz que expulsaron átomos de rubidio de la nube.

Esto mostró parte de lo que estaba sucediendo: no era solo la luz entrante que afectaba a los átomos, sino también la luz que se dispersaba de otros átomos. Cuando la luz toca los átomos, les da polaridad.

Según el tipo de luz utilizada, los átomos eran atraídos o repelidos por una mayor intensidad de luz. Por lo tanto, fueron arrastrados hacia el área de poca luz o de alta luz; en cada caso, terminaron apilándose juntos.

“Una diferencia fundamental entre las fuerzas de radiación usuales y [light triggered] La interacción es que esta última es una interacción eficiente entre partículas, mediada por luz dispersa”, escriben Mayger y sus colegas en su artículo.

“No atrapa los átomos en una posición fija (por ejemplo, el foco de un rayo láser), sino que los dirige hacia regiones de máxima densidad de partículas”.

Si bien esta fuerza que mantiene unidos a los átomos es mucho más débil que las fuerzas intermoleculares con las que estamos más familiarizados, puede acumularse a gran escala. Esto puede alterar los patrones de emisión y las líneas de resonancia, características que los astrónomos utilizan para enriquecer nuestra comprensión de los cuerpos celestes.

También puede ayudar a explicar cómo se forman las moléculas en el espacio.

“En el vasto espacio, las fuerzas pequeñas pueden desempeñar un papel importante”, dice Haslinger.

“Aquí pudimos demostrar por primera vez que la radiación electromagnética puede generar una fuerza entre los átomos, lo que puede ayudar a arrojar nueva luz sobre escenarios astrofísicos que aún no se han explicado”.

Esta investigación fue publicada en X. revisión física.

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