El método sin usar laser del enfriamiento del ion tiene gama de aplicaciones potenciales

(Última Actualización: abril 12, 2018)
 
Al investigar los átomos, los científicos enfrentan un desafío: a temperatura ambiente, los átomos individuales en un gas tienen energía cinética, y vuelan alrededor a altas velocidades.
 
La temperatura es, en esencia, el movimiento relativo entre los átomos; así, la meta de conseguir los átomos para tener pequeñas velocidades relativas implica congelarlas a temperaturas extremadamente frías.
 
Ahora, un grupo del Instituto de ciencia Weizmann ha desarrollado un nuevo método universal para enfriar los iones.
los iones en el centro del racimo se refrescan a las temperaturas más bajas, y pueden entonces ser acelerados más a fondo en la trampa de la viga de ion
 
 
Los iones en el centro del racimo se refrescan a las temperaturas más bajas, y pueden entonces ser acelerados más a fondo en la trampa de la viga de ion. (imagen: Instituto Weizmann de Ciencias)
 
Los iones – átomos con cargas eléctricas – son actualmente enfriados en trampas usando campos eléctricos y magnéticos y luego se refrescan con láseres. El nuevo método, desarrollado por el personal de los científicos DRS. Oded Heber y Michael Rappaport y los becarios postdoctorales DRS. Reetesh Kumar Gangwar y Koushik Saha – todo en el laboratorio del Prof. Daniel Zajfman del Departamento de física de partículas y Astrofísica – no requiere láseres.
 
En el pasado, el Prof. Zajfman y su grupo crearon una versión mejorada de una trampa de iones llamada una trampa de haz iónico electrostático – un aparato para almacenar iones que era mucho más pequeño que los anillos de almacenamiento de iones estándar, que tienden a ser muy grandes y caros.
 
En una trampa electrostática, las moléculas iónicas oscilan a medida que vuelan a velocidades de hasta 10.000 kilómetros por hora (más de 6.000 millas por hora) – y éstas se enfrian internamente dentro de la trampa. Sistemas como este pueden recrear, en el laboratorio, la materia dispersa que existe en el espacio interestelar.
 
Cuando grupos de iones están oscilando en la trampa a estas altas velocidades, hay una distribución natural de frecuencias. En esta etapa, los científicos tienen un método en el cual «voltaje de impulso periódico variable» se aplica para separar los iones más fríos en esa distribución, acelerando solamente éstos.
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Al seguir aplicando voltajes, los investigadores pueden eventualmente terminar con los iones más fríos. «este proceso», dice el Dr. Heber, «no es tanto enfriamiento como ‘ filtrado ‘ o clasificación de iones de acuerdo a las temperaturas que han alcanzado.»

 

 
En los experimentos recientes, sin embargo, el grupo templó la trampa de modo que la densidad de los iones en la trampa de la viga de ion electrostática se pueda aumentar 1.000-fold en los bordes. El aumento de la densidad aumenta naturalmente la incidencia de colisiones entre los iones en la viga, y el resultado es que la energía se comparte entre los iones.
 
Los científicos descubrieron que había una correlación mejorada entre la posición de un ion dentro del grupo y su nivel de energía cinética.
 

Los iones más fríos estaban en el centro. De hecho, la energía – o temperatura – fue transferida a los iones en los bordes, produciendo iones más extremadamente fríos en el grupo acelerado. «este sorprendente proceso», dice el Dr. Heber, «ya pasa la prueba del enfriamiento genuino.»

 

 
En un artículo publicado recientemente en las letras de la revisión física («enfriamiento de la autoresonancia de iones en una trampa electrostática de la viga de ion«), el grupo describe una serie de experimentos en los cuales los iones alcanzaron temperaturas de cerca de un décimo de un grado sobre cero absoluto.
 
Los investigadores están llevando a cabo experimentos adicionales para afinar el sistema y conseguir que las temperaturas de los iones sean aún más bajas.
 
El Dr. Heber dice que el nuevo método es significativo porque el proceso de enfriamiento no depende tanto del tipo ni del peso del ión. Por lo tanto, podría ser utilizado, por ejemplo, para investigar las propiedades de grandes moléculas biológicas o nanopartículas.
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