Escuchan el sonido de un átomo

Investigadores de la Universidad Tecnológica Chalmers (Suecia) han fabricado un átomo artificial superconductor que emite ondas sonoras. Estas se transmiten por un sólido y se pueden detectar con dispositivos que actúan como micrófonos. De esta forma han comprobado por primera vez que el sonido se puede usar para comunicarse con los átomos, además de demostrar que los fenómenos de física cuántica asociados a los fotones también se pueden analizar con ‘fonones’.

 

Ahora expertos de la Universidad Tecnológica Chalmers (Suecia) han conseguido una interacción similar a los átomos con la luz (en concreto con los fotones), pero con ‘fonones’, es decir, mediante ondas de sonido acopladas a un átomo artificial.

El átomo artificial que han creado es un ejemplo de este tipo de circuitos cuánticos, que se pueden cargar de energía y emitir partículas, pero en lugar de ser en forma de luz como las que emiten los átomos habituales, se hace en forma de sonido. Las vibraciones viajan por la superficie de un sólido y un ‘micrófono’ especial las puede detectar.

La baja velocidad del sonido implica que tiene una longitud de onda corta en comparación con la luz. Un átomo que interactúa con las ondas de luz es siempre mucho más pequeño que la longitud de onda. Sin embargo, en comparación con la longitud de onda del sonido, el átomo puede ser mucho mayor, lo que significa que sus propiedades se pueden controlar mejor. Por ejemplo, se puede diseñar el átomo para acoplar sólo a ciertas frecuencias acústicas o hacer la interacción con un sonido extremadamente fuerte.

Para ver la noticia completa pinche en este enlace: http://www.agenciasinc.es/Noticias/Escuchan-el-sonido-de-un-atomo

Un nuevo método de criptografía cuántica bloquea los intentos de espionaje

En 1984 se presentó el primer protocolo de criptografía cuántica, una forma segura de intercambiar información privada explotando las propiedades de la mecánica cuántica, pero requiere seguir el rastro que dejan los espías. Ahora investigadores japoneses se han dado cuenta de que existe una fórmula para evitar los intentos de espionaje en lugar de detectarlos.

La nueva distribución cuántica de claves (QKD) impide a los espías obtener información para decodificar el mensaje. / Nature

La distribución cuántica de claves (QKD, por sus siglas en inglés) que se usa en criptografía cuántica de forma habitual se basa en el principio de incertidumbre de Heisenberg, que señala cómo el solo hecho de medir en un sistema ya lo perturba. Si un espía actúa en estos sistemas puede leer la señal, pero deja una huella que los usuarios legítimos usan para contraatacar y hacer el sistema más seguro.

Investigadores de la Universidad de Tokio (Japón) han desarrollado un protocolo o nueva QKD que funciona con un principio diferente, según publican en la revista Nature. “En lugar de detectar los intentos de espionaje, los evita; de tal forma que el espía no puede leer mucho aunque se lo proponga”, explica a Sinc el investigador principal, Masato Koashi.

El científico pone un ejemplo: “El método convencional es como tener una fábrica poco fiable, donde sus productos deben someterse a pruebas estrictas para pasar el control de calidad. Sin embargo, el nuevo método es como tener una fábrica fiable que asegura hacer buenos productos”.

El nuevo protocolo no requiere monitorizar las perturbaciones en las señales, ni medir su influencia en el sistema. Las ecuaciones y algoritmos que tienen detrás simplemente impiden a los espías obtener información suficiente para decodificar el mensaje, además de simplificar los procedimientos. En situaciones donde aumenta el ruido del canal o se acortan los tiempos de comunicación, también actúa mejor que los protocolos tradicionales.

Según los autores, otro hecho sorprendente es que la nueva idea se puede implementar en un interferómetro convencional con un láser corriente. El esquema de criptografía cuántica propuesto consiste en lanzar impulsos de luz, que se dividen en dos caminos. En uno de ellos se induce un retardo y mediante detectores de fotones se miden los resultados.

El nuevo protocolo de criptografía cuántica se puede experimentar con un interferómetro convencinal y lanzando pulsos láser. / Laboratorio Koashi - Universidad de Tokio

Fuente: http://www.agenciasinc.es/Noticias/Un-nuevo-metodo-de-criptografia-cuantica-bloquea-los-intentos-de-espionaje

El CERN confirma la existencia de un nuevo tipo de hadrón

La colaboración científica LHCb del CERN ha anunciado este miercoles que han encontrado un hadrón muy raro denominado Z(4430). Los hadrones son partículas subatómicas formadas por quarks unidos por la interacción nuclear fuerte. Pueden ser bariones o mesones, pero ahora se incorpora este extraño tipo de materia que no es ninguno de los dos.

Vista de los imanes del experimento LHCb. /CERN

Los hadrones o partículas formadas por quarks, la materia que compone los átomos y a nosotros mismos, se clasifica en dos tipos: bariones (formados por tres quarks, como el protón y el neutrón del núcleo del átomo) y mesones (formados por un par quark-antiquark, su antipartícula). Sin embargo, la colaboración LHCb ha encontrado una evidencia incontrovertible de que existe una partícula, llamada Z(4430), con una masa aproximadamente cuatro veces la del protón, que tiene al menos cuatro quarks, dos quarks y dos antiquarks para ser exactos. Es decir, que no encaja en el esquema tradicional.

La partícula Z(4430) es un estado cuántico, una verdadera partícula

La evidencia hecha pública este miercoles confirma un resultado anterior del experimento Belle (2008), pero ahora con una evidencia abrumadora. Los investigadores de LHCb han analizado más de 25.000 desintegraciones de mesones B, y los datos indican que Z(4430) se trata de un estado cuántico, una partícula verdadera, con un nivel de significancia estadística cercano a 14 sigma (la evidencia de que se trata de una verdadera observación y no el resultado de algún error en la medida).

Para Bernardo Adeva, investigador de la Universidad de Santiago de Compostela (USC) participante en el experimento LHCb, "el resultado tiene gran importancia en el estudio de la cromodinámica cuántica (QCD), que estudia las interacciones fuertes o nucleares", continúa el investigador. La fuerza fuerte es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, que permite que el núcleo atómico se mantenga unido.

Fuente: http://www.agenciasinc.es/Noticias/El-CERN-confirma-la-existencia-de-hadrones-exoticos

La trayectoria de las partículas se puede variar cambiando la geometría del espacio

Un equipo internacional de científicos, con participación de la Universidad de Sevilla, ha demostrado por primera vez que se puede controlar el espín o 'giro' de las partículas por medios geométricos. El avance, que aparece en la revista Nature Communications, se podría aplicar en el desarrollo de nanocircuitos.

El equipo ha demostrado por primera vez la posibilidad de controlar el espín electrónico por medios geométricos.

La revista Nature Communications publica esta semana un estudio donde se demuestra por primera vez "la manipulación controlada e independiente de fases geométricas en electrónica cuántica de  espines". El trabajo es fruto de una colaboración entre el profesor Diego Frustaglia de la Universidad de Sevilla e investigadores de las universidades de Tohoku (Japón) y Regensburg (Alemania).

El espín electrónico (momento magnético intrínseco) de una partícula responde a la presencia de campos magnéticos según dos configuraciones: dinámica (magnitud de los campos) y geométrica (dirección de los campos).

“Normalmente, las fases dinámicas y geométricas están acopladas, esto es, no puede modificarse una sin la otra”, explica Frustaglia, quien considera que con este trabajo se demuestra la “sorprendente” posibilidad de controlar las fases geométricas independientemente de las fases dinámicas gracias a una ingeniosa disposición de  campos múltiples.

“Es como si en vez de cambiar la trayectoria de las partículas mediante la aplicación de una fuerza, modificáramos directamente las propiedades geométricas del espacio en que se mueven”, apunta el científico.

Aplicaciones para procesar la información

Esto resulta de interés tanto desde el punto de vista básico como aplicado, ya que las propiedades geométricas son más estables que las dinámicas. A lo largo del tiempo el espín adquiere una fase cuántica correspondiente en cada caso, dando lugar a fenómenos de interferencia que resultan fundamentales para el desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas de la información, por lo que el estudio puede tener posibles aplicaciones en el desarrollo de nanocircuitos para el procesamiento de información.

Fuente: http://www.agenciasinc.es/Noticias/La-trayectoria-de-las-particulas-se-puede-variar-cambiando-la-geometria-del-espacio

Baile sincronizado de espines en gélidos gases cuánticos

Investigadores de la Universidad de Hamburgo y el Instituto de Ciencias Fotónicas han observado por primera vez la dinámica colectiva del espín o giro de un tipo de partículas: los fermiones ultrafríos con giros grandes.

Representación de la dinámica de cambio del espín o giro de un sistema fermiónico de muchas partículas. 

En muchos sistemas de la naturaleza, el comportamiento colectivo juega un papel crucial. En todos ellos, los objetos que participan se mueven, voluntariamente o no, de forma sincronizada. Ahora un equipo de científicos europeos ha detectado el mismo fenómeno en gases cuánticos a muy bajas temperaturas.

Investigadores del Instituto de Física del Láser de la Universidad de Hamburgo (Alemania), en colaboración con el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), han observado por primera vez la dinámica colectiva del espín de fermiones ultrafríos mediante el análisis microscópico de las propiedades de estas partículas a través de sus colisiones locales.

En el micromundo cuántico las partículas se dividen en dos grupos: los bosones (como los fotones) y los fermiones (como los electrones, protones y neutrones). La diferencia entre ellas es básicamente su espín o momento angular intrínseco (giro): el espín de los bosones es un número entero mientras que el de los fermiones es semientero.

Los bosones tienen la característica de comportarse colectivamente, agrupándose y trasladándose de forma conjunta en el espacio. En cuanto a los fermiones, hasta ahora no se sabía si estas partículas podían comportarse de la misma manera ya que, al parecer, son partículas muy solitarias, que prefieren no mezclarse ni relacionarse con las demás.

Pero ahora los investigadores han podido observar que a temperaturas cercanas al cero absoluto las propiedades individuales de los fermiones tienden a agruparse, comportándose como una sola identidad en el espacio del espín.

Al enfriar un gas atómico a temperaturas extremadamente bajas, los bosones presentan la característica de que muchos de ellos pueden ocupar un mismo estado cuántico - constituyen lo que se define como un condensado de Bose. Por el contrario, los fermiones tienen la particularidad de ser singulares ya que un estado cuántico solo puede estar ocupado por una y solo una partícula, según el principio de exclusión de Pauli.

Por tanto, para obtener fermiones ultrafríos, los investigadores lograron atrapar, mediante el uso de una luz láser, un gas cuántico compuesto por átomos de potasio, enfriarlo a temperaturas extremadamente bajas y preparar diferentes mezclas de átomos con diferentes espines en campos magnéticos muy bajos para inducir cambios de espín.

Si quieres leer más pincha aquí: http://www.agenciasinc.es/Noticias/Baile-sincronizado-de-espines-en-gelidos-gases-cuanticos

Fuente: http://www.agenciasinc.es/Noticias/Baile-sincronizado-de-espines-en-gelidos-gases-cuanticos

Física cuántica

Si estás interesado en el tema de mecánica cuántica, a través de este enlace http://www.rtve.es/television/20130227/fisica-causa-perplejidad/611008.shtm podrás ver en el programa "Redes" cómo se analiza este tema.