8/17/2019 Observan Por Primera Vez El Efecto Josephson en Un Fluido Ultrafrío

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Observan por primera vez el efecto Josephson en un fluido ultrafrío

Reyna Alejandra Fonseca Velázquez!"mar"#$%

Jor&e 'eman( investi&ador del )nstituto de Física( junto con investi&adores de diversos institutosen )talia como el )nstituto *acional de +ptica del ,onsejo *acional de )nvesti&aci-n .,*R( por

sus si&las italianas/ y el 0aboratorio 1uropeo de 1spectroscopia *o2lineal .01*'/( entre otros(observaron por primera vez oscilaciones de Josephson en un superfluido at-mico de naturalezafermi-nica3 'u trabajo fue publicado en diciembre pasado en la revista Science3

1l efecto Josephson representa uno de los efectos más interesantes de la superfluidez3 1ste efectofue predicho por primera vez en 4%# por el físico británico 5rian 6avid Josephson paramateriales superconductores y se manifiesta como una corriente el7ctrica a trav7s de una del&ada barrera por medio del efecto t8nel3

9anto la superconductividad como la superfluidez fueron efectos muy estudiados durante el si&lo:: por tratarse de ejemplos paradi&máticos en la construcci-n de la ;ecánica ,uántica3 0aimportancia de 7stos radica en el hecho de que son fen-menos cuánticos que se manifiestan aescala macrosc-pica3

1n el trabajo de 'eman y colaboradores( se ha observado el efecto Josephson en un &assuperfluido compuesto por fermiones en un r7&imen muy interesante( conocido como límiteunitario en donde las interacciones entre fermiones se vuelven muy intensas y el sistema seencuentra fuertemente correlacionado3

Súper-poder: Superfluidez 

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Al&unos materiales( como el %0i( obtienen Cs8per poderesD a muy bajas temperaturas3 1n estecaso( el &as se vuelve superfluido( es decir( su viscosidad se reduce a cero por lo que el &as puedefluir sin fricci-n ni disipaci-n3

0a superfluidez está relacionada con otro fen-meno que se observa a temperaturas ultra bajasE la

,ondensaci-n de 5ose21instein .51,/( en el que todas las partículas del sistema ocupan elmismo estado de ener&ía( es decir( e=iste una ocupaci-n macrosc-pica de un 8nico estadocuántico3

0a ,ondensaci-n de 5ose21instein ocurre solamente cuando el sistema está compuesto por bosones( que son partículas con espín entero3 0a superfluidez( a pesar de estar relacionada con lacondensaci-n de 5ose21instein( no es un fen-meno e=clusivo de los bosones sino que tambi7n puede presentarse en sistemas compuestos por fermiones( como es el caso del &as de %0i3

0a superfluidez en fermiones ocurre cuando e=iste un mecanismo que forme pares de fermiones3'on estos pares los que &eneran las Cs8per2corrientesD en el fluido y( a su vez( estos átomos

ultrafríos son uno de los pocos sistemas en la naturaleza que ofrecen tan alto nivel de control3'u utilizaci-n es particularmente interesante porque los pares pueden formarse e=ternamente pormedio de un campo ma&n7tico producido por un par de ondas con forma senoidal y esto tiene unefecto en el modo en el que los átomos interact8an entre sí3 1ntonces es posible controlar lainteracci-n efectiva entre átomos por medio de un campo e=terno3 1ste fen-meno es conocidocomo CResonancia de FeshbachD3

Tres estados

C1s &racias a la posibilidad de manipular las interacciones interat-micas que fue posible obtener

e=perimentalmente tres superfluidos con diferentes estados de asociaci-n entre fermionesD(e=plica 'eman3

1n el primer caso( el par fermi-nico consiste en una mol7cula de %0i# la cual tiene espín enteroy( por lo tanto( se comporta como un bos-n que da ori&en a un 51, molecular3 1stas mol7culasse forman cuando la interacci-n interat-mica es d7bil y repulsiva3

1l se&undo consiste en pares fermi-nicos conocidos como Cpares de ,ooperD3 1n 7l( los paresfermi-nicos están d7bilmente asociados( pues su e=tensi-n espacial es muy &rande y no puedeser entendido como una mol7cula por lo cual el par no es de naturaleza bos-nica3

1n superfluidos at-micos este estado es conocido como Cestado 5,'D debido a que la teoría quedescribe este estado fue propuesta en la d7cada de los !$s por John 5ardeen( 0eon ,ooper yJohn 'chrieffer .5,' proviene de las iniciales de sus apellidos/3 0os pares de ,ooper se formancuando las interacciones entre los átomos son d7biles y atractivas3

Al sintonizar las interacciones( es posible pasar de manera continua de un superfluido 5,' a un51, molecular y es esto lo que da ori&en un tercer estado superfluido que ocurre justo a mitaddel camino entre los otros dos( cuando las interacciones se vuelven muy intensas3

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1n el trabajo que public- 'eman( fue posible observar el efecto Josephson en los tres re&ímenesde superfluidez con tan alto nivel de control3 Representa( tambi7n( la primera ocasi-n en que elfen-meno es e=plorado en el límite unitario3

C1l efecto Josephson se observ- como una oscilaci-n del n8mero de átomos entre las dos

re&iones separadas por la lámina de luz3 1sta oscilaci-n es provocada al &enerar un pequeGodesbalance en el n8mero inicial de átomos entre cada una de las dos mitades del superfluidoD(e=plica3

'eman observ- que la frecuencia de dicha oscilaci-n depende fuertemente el r7&imensuperfluido( y alcanza un má=imo en el límite unitario3 1sto( entre otras cosas( indica que elsuperfluido en el límite unitario es más robusto( es decir( es más resistente a perturbacionese=ternas que tienden a destruir el estado de superfluidez3

CHaber observado este efecto en el límite unitario es muy interesante porque arroja pistas sobreel comportamiento de otros sistemas superfluidos pero menos entendidos y con menos

 posibilidades de control e=perimental( como es el caso de los superconductores de altatemperatura o las estrella de neutrones( que son tambi7n sistemas fermi-nicos superfluidosfuertemente correlacionadosD( concluye 'eman3

Jor&e 'eman( e=perto en materia ultrafría3 FotoE Alejandra Fonseca3

0inI a artículo ori&inalE

Josephson effect in fermionic superfluids across the 51,25,' crossover  

http://science.sciencemag.org/content/350/6267/1505.fullhttp://science.sciencemag.org/content/350/6267/1505.full

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0inIs relacionadosE

Jor&e 'eman( especialista en materia ultrafría( se une al )F*A; 

KLu7 es la materia ultrafríaM

http://www.fisica.unam.mx/noticias_nuevos_seman_nov_14.phphttps://www.youtube.com/watch?v=rbAZnWrWJqohttp://www.fisica.unam.mx/noticias_nuevos_seman_nov_14.phphttps://www.youtube.com/watch?v=rbAZnWrWJqo