Los nuevos ‘haces de vórtice’ de átomos y moléculas son los primeros de su tipo

Al igual que el helado suave, los haces de átomos y moléculas ahora vienen con un remolino.

Los científicos ya sabían cómo distribuir haces espirales de luz o electrones, conocidos como haces de vórtice (SN: 14/1/11). Ahora, los primeros haces de vórtice de átomos y moléculas están en el menú, informan los investigadores en el 3 de septiembre. Ciencias.

Los haces de vórtice hechos de luz o electrones se han mostrado prometedores para crear tipos especiales de imágenes de microscopio y para transmitir información utilizando la física cuántica (SN: 5/8/15). Pero los haces de vórtice de partículas más grandes, como átomos o moléculas, son tan nuevos que las posibles aplicaciones aún no están claras, dice la física Sonja Franke-Arnold de la Universidad de Glasgow en Escocia, que no participó en la investigación. «Quizás sea demasiado pronto para saber realmente qué podemos hacer con él».

En física cuántica, las partículas se describen mediante una función de onda, un patrón ondulado que permite a los científicos calcular la probabilidad de encontrar una partícula en un lugar particular (SN: 8/6/11). Pero las ondas de los rayos de vórtice no suben y bajan como ondas en el agua. En cambio, las partículas de los rayos tienen funciones de onda que se mueven en un movimiento de sacacorchos cuando un rayo viaja a través del espacio. Eso significa que el rayo lleva un impulso de rotación conocido como momento angular orbital. «Esto es algo realmente muy extraño, muy poco intuitivo», dice el físico Edvardas Narevicius del Instituto de Ciencias Weizmann en Rehovot, Israel.

Narevicius y sus colegas crearon los nuevos haces pasando átomos de helio a través de una cuadrícula de patrones de rendijas con formas especiales, cada uno de solo 600 nanómetros de ancho. El equipo detectó un sello distintivo de los haces de vórtice: una fila de anillos en forma de rosquilla impresos en un detector por los átomos, en la que cada rosquilla corresponde a un haz con un momento angular orbital diferente.

Otro juego de rosquillas reveló la presencia de haces de vórtice de excímeros de helio, moléculas creadas cuando un átomo de helio en un estado excitado o energizado se empareja con otro átomo de helio.

Los nuevos ‘haces de vórtice’ de átomos y moléculas son los primeros de su tipo, Forma parte de la Vida
Un patrón de anillos revela la presencia de haces de vórtice de átomos y moléculas. Cada forma de rosquilla corresponde a un haz de átomos de helio con un momento angular diferente. Dos círculos difíciles de ver de moléculas de helio se encuentran entre el punto central y las dos primeras rosquillas a la izquierda y derecha del centro.A. Luski et al/Ciencias 2021
Los nuevos ‘haces de vórtice’ de átomos y moléculas son los primeros de su tipo, Forma parte de la Vida
Un patrón de anillos revela la presencia de haces de vórtice de átomos y moléculas. Cada forma de rosquilla corresponde a un haz de átomos de helio con un momento angular diferente. Dos círculos difíciles de ver de moléculas de helio se encuentran entre el punto central y las dos primeras rosquillas a la izquierda y derecha del centro.A. Luski et al/Ciencias 2021

A continuación, los científicos podrían investigar qué sucede cuando los haces de vórtice de moléculas o átomos chocan con luz, electrones u otros átomos o moléculas. Tales colisiones son bien conocidas para haces de partículas normales, pero no para aquellos con momento angular orbital. Rayos de vórtice similares hechos con protones también podrían servir como método para sondear las misteriosas entrañas de la partícula subatómica (SN: 18/4/17).

En física, «las cosas más importantes se logran cuando revisamos fenómenos conocidos con una nueva perspectiva», dice el físico Ivan Madan de EPFL, el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana, que no participó en la investigación. «Y, seguro, este experimento nos permite hacer eso».

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