Avance de físicos argentinos: logran “atrapar” un solo átomo
Fue en un laboratorio que funciona en Ciudad Universitaria; es la primera vez que sucede en la región; ya ocurrió en pocas decenas de instalaciones en el mundo
El 7 de febrero, el físico argentino Christian Schmiegelow estaba con sus estudiantes de doctorado, Martín Drechsler y Nicolás Nuñez Barreto, en un nuevo laboratorio del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA, cuando vieron que en la pantalla de su computadora empezaba a crecer una señal de fluorescencia. “Nos quedamos perplejos –recuerda Schmiegelow–. Le dije a Martín: ‘Vos sabes lo que es eso’. Hicimos unas pruebas cortas, apagando y prendiendo láseres en distinto orden, y vimos que la señal se comportaba como esperábamos”.
Ese día, Schmiegelow, Drechsler y Nuñez Barreto habían logrado por primera vez “atrapar” un ion individual (es decir, un átomo cargado eléctricamente), una hazaña de la física experimental que solo son capaces de realizar algunas decenas de laboratorios en el mundo. El triunfo marcó el debut del Laboratorio de Iones y Átomos Fríos (LIAF), una instalación única en la región y probablemente la iniciativa más importante que se realiza en el ámbito de la física en el país.
“Hasta donde sabemos, este es el primer ion atrapado en América Latina –explica Juan Pablo Paz, que lo soñó y lo fundó junto con Schmiegelow–. La ‘víctima’ es un átomo de calcio que cayó en una ‘trampa’ ubicada en el interior de una cámara de ultra alto vacío que se encuentra sobre una mesa óptica en una de las salas del LIAF, en el primer piso del Pabellón 1 de la Ciudad Universitaria. La trampa es un dispositivo que genera campos electromagnéticos diseñados para empujar el ion hacia una pequeña región del espacio. La cámara de vacío en la que se ubica tiene varias ventanas que permiten iluminar el interior con láseres y recolectar la luz emitida por el ion. Se usan tanto para ionizar los átomos como para obligarlos a emitir luz (fluorescencia) y para enfriarlos”.
“Este es un gran logro para la ciencia argentina –afirmó al enterarse mientras estaba a punto de dejar París Karen Hallberg, investigadora del Conicet, docente del Balseiro y una de las científicas Premio L’Oréal-Unesco Por las Mujeres en la Ciencia–. Para el confinamiento de iones individuales se requiere un dominio muy preciso de la tecnología involucrada, algo que pudo lograrse en el LIAF gracias a la gran experiencia de sus investigadores, obtenida después de varios años de trabajo. Posiciona a nuestro país en la vanguardia de la física cuántica y de la manipulación atómica, y le ofrece la posibilidad de aplicaciones en áreas como la metrología cuántica y el procesamiento de información cuántica, entre otros”.
Según Paz, la muestra de calcio de la que se extraen los átomos es un polvo ubicado en un pequeño horno que se encuentra dentro de una cámara de vacío. Por allí se hace circular una corriente eléctrica para que se desprendan. Para ionizarlos, se usan dos láseres: estos hacen que el electrón pegue primero un salto, luego otro y pase a estar libre alejándose indefinidamente del átomo. El primer átomo lo mantuvieron “atrapado” durante más de una hora, pero el equipo del LIAF demostró ser capaz de reemplazarlo por otros, atrapando iones individuales de manera sistemática día tras día y manteniéndolos así todo el tiempo que deseaban. Instalar los equipos y armar el laboratorio no fue sencillo. Llevó más de tres años. Al tiempo que comenzaba la instalación de la infraestructura experimental básica del LIAF, Schmiegelow diseñó y construyó la trampa en Mainz (Alemania), donde Drechsler la puso a punto. De allí fue importada junto con varios accesorios (a precio casi simbólico). Llegó en diciembre de 2017 y se la integró con los sistemas láser y electrónicos que se habían desarrollado en paralelo en el laboratorio (tareas en las cuales fue fundamental la participación de las y los estudiantes de Física de la UBA).
“Tecnología cuántica”
El LIAF se propone estudiar lo que podría denominarse “ciencia y tecnología cuántica”. El primer paso es atrapar, aislar y enfriar átomos de a uno o de a varios a la vez. El siguiente es usarlos para tareas como construir computadoras cuánticas, relojes atómicos, sensores ultrasensibles. “El primer experimento que ahora se pone en marcha es un estudio que podría servir para mejorar la sensibilidad de los mejores relojes atómicos –detalla Paz–. En un segundo experimento que requiere poner en marcha una nueva trampa que está siendo construida en Alemania, vamos a incursionar en el procesamiento cuántico de la información”.
Desarrollado a un costo de US$250.000, los científicos esperan equipamiento por un monto de US$800.000 que les permitirían mantener una variedad de líneas experimentales. “Es una enorme noticia –afirma Alex Fainstein, gerente de Física del Centro Atómico Bariloche, profesor del Instituto Balseiro e investigador del Conicet–. Los países pobres cuando consiguen tener ciencia de impacto suele ser en áreas teóricas. Sin embargo, no existe la física sin la experimentación. Es esencial para recabar nueva información, corroborar los modelos y porque es la base a través de la cual podemos modificar la naturaleza desarrollando la tecnología necesaria para mejorar la calidad de vida en un mundo sustentable. Pero para tener laboratorios y hacer experimentos en la frontera del conocimiento, se requiere financiamiento, continuidad, políticas informadas y sostenidas, y formación de recursos humanos de alto nivel. Esto es lo que han conseguido Christian, Juan Pablo y su equipo”.
El grupo fundador del LIAF se constituyó en 2015. Además de Paz y Schmiegelow, lo integran Augusto Roncaglia y Miguel Larotonda (investigadores del Conicet y profesores del Departamento de Física de Exactas, en la UBA). “Juntos, nos propusimos la aventura de construir desde cero una facilidad experimental única en América Latina, que permitiera capturar iones, enfriarlos y usarlos para explorar aspectos fundamentales de la física cuántica y para desarrollar tecnologías –concluye Paz–. En el camino que nos trajo hasta aquí, pasamos muchos nervios y verificamos que la ley de Murphy (que afirma que todo lo que puede salir mal, sale mal) se aplica tanto a las diversas tecnologías involucradas en el laboratorio como a la política científica y económica de nuestro país. Pero también comprobamos que vale la pena soñar y pelear por nuestros sueños sin bajar los brazos”.
El LIAF será inaugurado el 18 de julio con la presencia de David Wineland, premio Nobel de Física 2012 por sus contribuciones al desarrollo de las técnicas que permiten atrapar y enfriar iones.