Un paquete de ondas troyanas es un paquete de ondas que no es estacionario ni se propaga. Es parte de un sistema creado artificialmente que consta de un núcleo y uno o más paquetes de ondas de electrones, y que está muy excitado bajo un campo electromagnético continuo.
El fuerte campo electromagnético polarizado retiene o "atrapa" cada paquete de ondas de electrones en una órbita seleccionada intencionalmente (capa de energía). [1] [2] Derivan sus nombres de los asteroides troyanos en el sistema Sol-Júpiter. [3] Los asteroides troyanos orbitan alrededor del Sol en la órbita de Júpiter en sus puntos de equilibrio lagrangiano L4 y L5, donde están bloqueados en fase y protegidos de colisiones entre sí, y este fenómeno es análogo a la forma en que se sostiene el paquete de ondas. juntos.
Conceptos e investigación
El concepto del paquete de ondas de Troya se deriva de un área floreciente de la física que manipula átomos e iones a nivel atómico creando trampas de iones . Las trampas de iones permiten la manipulación de átomos y se utilizan para crear nuevos estados de la materia, incluidos líquidos iónicos , cristales de Wigner y condensados de Bose-Einstein . [4] Esta capacidad para manipular las propiedades cuánticas directamente es clave para el desarrollo de nanodispositivos aplicables , como puntos cuánticos y trampas de microchip. En 2004 se demostró que es posible crear una trampa que en realidad es un solo átomo. Dentro del átomo, se puede manipular el comportamiento de un electrón. [5]
Durante experimentos en 2004 utilizando átomos de litio en un estado excitado, los investigadores pudieron localizar un electrón en una órbita clásica para 15.000 órbitas (900 ns). No se estaba extendiendo ni dispersando. Este "átomo clásico" fue sintetizado "atando" el electrón usando un campo de microondas al que su movimiento está bloqueado en fase. El bloqueo de fase de los electrones en este sistema atómico único es, como se mencionó anteriormente, análogo a los asteroides de fase bloqueada de la órbita de Júpiter. [6]
Las técnicas exploradas en este experimento son una solución a un problema que se remonta a 1926. Los físicos en ese momento se dieron cuenta de que cualquier paquete de ondas inicialmente localizado se esparcirá inevitablemente alrededor de la órbita de los electrones. El físico notó que "la ecuación de onda es dispersiva para el potencial atómico de Coulomb". En la década de 1980, varios grupos de investigadores demostraron que esto era cierto. Los paquetes de ondas se esparcieron por todas las órbitas e interfirieron coherentemente consigo mismos. Recientemente, la innovación del mundo real realizada con experimentos como los paquetes de ondas de Troya es la localización de los paquetes de ondas, es decir, sin dispersión. La aplicación de un campo EM circular polarizado, a frecuencias de microondas, sincronizado con un paquete de ondas de electrones, mantiene intencionalmente los paquetes de ondas de electrones en una órbita de tipo Lagrange. [7] [8] Los experimentos de paquetes de ondas de Troya se basaron en trabajos previos con átomos de litio en un estado excitado. Se trata de átomos, que responden sensiblemente a campos eléctricos y magnéticos, tienen periodos de desintegración relativamente prolongados, y electrones, que para todos los efectos y propósitos, en realidad operan en órbitas clásicas. La sensibilidad a los campos eléctricos y magnéticos es importante porque permite el control y la respuesta del campo de microondas polarizado. [9]
Más allá de los paquetes de ondas de un solo electrón
El siguiente paso lógico es intentar pasar de paquetes de ondas de un solo electrón a más de un paquete de ondas de electrones . Esto ya se había logrado en átomos de bario , con dos paquetes de ondas de electrones. Estos dos fueron localizados. Sin embargo, eventualmente, estos crearon dispersión después de chocar cerca del núcleo. Otra técnica empleaba un par de electrones no dispersivos, pero uno de ellos tenía que tener una órbita localizada cerca del núcleo. La demostración de los paquetes de ondas troyanas de dos electrones no dispersivos cambia todo eso. Estos son el siguiente paso análogo de los paquetes de ondas troyanas de un electrón, y están diseñados para átomos de helio excitados. [11] [12]
En julio de 2005, se habían creado átomos con paquetes de ondas coherentes, estables de dos electrones y no dispersantes. Estos son átomos excitados similares al helio, o helio de punto cuántico (en aplicaciones de estado sólido ), y son análogos atómicos (cuánticos) al problema de los tres cuerpos de la física clásica de Newton , que incluye la astrofísica actual . En conjunto, los campos electromagnéticos y magnéticos polarizados circularmente estabilizan la configuración de dos electrones en el átomo de helio o el helio de punto cuántico (con centro de impurezas). La estabilidad se mantiene en un amplio espectro y, debido a esto, la configuración de dos paquetes de ondas de electrones se considera verdaderamente no dispersiva. Por ejemplo, con el helio de punto cuántico, configurado para confinar electrones en dos dimensiones espaciales, ahora existe una variedad de configuraciones de paquetes de ondas troyanas con dos electrones y, a partir de 2005, solo una en tres dimensiones. [13] En 2012, se llevó a cabo un paso experimental esencial no solo para generar, sino bloquear los paquetes de ondas de Trojan en una frecuencia modificada adiabáticamente y expandir los átomos como una vez lo predijeron Kalinski y Eberly . [14] Permitirá crear dos paquetes de ondas troyanas de Langmuir de electrones en helio mediante la excitación secuencial en el campo adiabático Stark capaz de producir la aureola circular de un electrón sobre él.+
primero y luego poner el segundo electrón en un estado similar. [15]
Ver también
Referencias
- ^ Bialynicka-Birula, Zofia; Bialynicki-Birula, Iwo (1997). "Decaimiento radiativo de paquetes de ondas troyanas" (PDF) . Physical Review A . 56 (5): 3623. Bibcode : 1997PhRvA..56.3623B . doi : 10.1103 / PhysRevA.56.3623 .
- ^ Kalinski, Maciej; Eberly, JH (1996). "Paquetes de ondas de Troya: teoría de Mathieu y generación a partir de estados circulares". Physical Review A . 53 (3): 1715-1724. Código Bibliográfico : 1996PhRvA..53.1715K . doi : 10.1103 / PhysRevA.53.1715 . PMID 9913064 .
- ^ Kochański, Piotr; Bialynicka-Birula, Zofia; Bialynicki-Birula, Iwo (2000). "Expresión de campo electromagnético en una cavidad por electrones en estados troyanos". Physical Review A . 63 (1): 013811. arXiv : quant-ph / 0007033v1 . Código Bibliográfico : 2001PhRvA..63a3811K . doi : 10.1103 / PhysRevA.63.013811 . S2CID 36895794 .
- ^ Andrews, MR; CG Townsend; H.-J. Miesner; DS Durfee; DM Kurn; W. Ketterle (1997). "Observación de la interferencia entre dos condensados Bose". Ciencia . 275 (5300): 637–641. CiteSeerX 10.1.1.38.8970 . doi : 10.1126 / science.275.5300.637 . PMID 9005843 . S2CID 38284718 .
- ^ Maeda, H. y Gallagher, TF (2004). "Paquetes de ondas no dispersantes". Phys. Rev. Lett . 92 (13): 133004. Bibcode : 2004PhRvL..92m3004M . doi : 10.1103 / PhysRevLett.92.133004 . PMID 15089602 .
- ^ Maeda, H .; DVL Norum; TF Gallagher (2005). "Manipulación de microondas de un electrón atómico en una órbita clásica". Ciencia . 307 (5716): 1757-1760. Código Bibliográfico : 2005Sci ... 307.1757M . doi : 10.1126 / science.1108470 . PMID 15705805 . S2CID 12153532 .Publicado originalmente en Science Express el 10 de febrero de 2005
- ^ Stroud, CR Jr. (2009). "Una solución astronómica a un antiguo problema cuántico" . Física . 2 (19): 19. Bibcode : 2009PhyOJ ... 2 ... 19S . doi : 10.1103 / Física.2.19 .
- ^ Murray, CD; Dermot, SF (2000). Dinámica del sistema solar . Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-57597-3.
- ^ Grupo de Investigación Metcalf (8 de noviembre de 2004). "Óptica del átomo de Rydberg" . Universidad de Stoney Brook. Archivado desde el original el 26 de agosto de 2005 . Consultado el 30 de julio de 2008 .
- ^ Modales de alegría (2000). Física cuántica: una introducción . Prensa CRC. págs. 53–56. ISBN 978-0-7503-0720-8.
- ^ Brodsky, M .; Zhitenev, NB; Ashoori, RC; Pfeiffer, LN; West, KW (2000). "Localización en trastorno artificial: dos puntos cuánticos acoplados". Cartas de revisión física . 85 (11): 2356–9. arXiv : cond-mat / 0001455 . Código Bibliográfico : 2000PhRvL..85.2356B . doi : 10.1103 / PhysRevLett.85.2356 . PMID 10978009 . S2CID 22967562 .
- ^ Berman, D .; Zhitenev, N .; Ashoori, R .; Shayegan, M. (1999). "Observación de las fluctuaciones cuánticas de carga en un punto cuántico". Cartas de revisión física . 82 (1): 161-164. arXiv : cond-mat / 9803373 . Código Bibliográfico : 1999PhRvL..82..161B . doi : 10.1103 / PhysRevLett.82.161 . S2CID 26475397 .
- ^ Kalinski, Matt; Hansen, Loren; David, Farrelly (2005). "Paquetes de ondas de dos electrones no dispersivos en un átomo de helio". Cartas de revisión física . 95 (10): 103001. Código Bibliográfico : 2005PhRvL..95j3001K . doi : 10.1103 / PhysRevLett.95.103001 . PMID 16196925 .
- ^ Kalinski, M .; Eberly, J. (1997). "Guiar las órbitas de los electrones con chirridos de luz". Optics Express . 1 (7): 216–20. Código bibliográfico : 1997OExpr ... 1..216K . doi : 10.1364 / OE.1.000216 . PMID 19373404 .
- ^ Wyker, B .; Sí.; Dunning, FB; Yoshida, S .; Reinhold, CO; Burgdörfer, J. (2012). "Creación y transporte de paquetes de ondas troyanas" (PDF) . Cartas de revisión física . 108 (4): 043001. Código Bibliográfico : 2012PhRvL.108d3001W . doi : 10.1103 / PhysRevLett.108.043001 . PMID 22400833 .
Otras lecturas
Libros
- March, Raymond E .; John FJ Todd (1995). Aspectos prácticos de la espectrometría de masas con trampa de iones: Volumen I: Fundamentos de la espectrometría de masas con trampa de iones . Estados Unidos: CRC Press. ISBN 978-0-8493-4452-7.
- March, Raymond E .; John F. Todd (2005). Espectrometría de masas con trampa de iones cuadrupolo (2 ed.). Wiley, John & Sons, Incorporated. ISBN 978-0-471-48888-0.
artículos periodísticos
- Sirko, L .; Koch, PM (1995). "La aproximación del péndulo para la resonancia cuántica principal en átomos de hidrógeno impulsados periódicamente". Física Aplicada B: Láseres y Óptica . 60 : S195 – S202.
- Klar, H. (1989). "Órbitas periódicas en hidrógeno atómico expuestas a luz láser polarizada circularmente". Zeitschrift für Physik D . 11 (1): 45–52. Código Bibliográfico : 1989ZPhyD..11 ... 45K . doi : 10.1007 / BF01436583 . S2CID 123113349 .
- Maeda, H .; Gurian, JH; Gallagher, TF (2009). "Paquetes de ondas de Bohr no dispersantes". Cartas de revisión física . 102 (10): 103001–103004. Código Bibliográfico : 2009PhRvL.102j3001M . doi : 10.1103 / PhysRevLett.102.103001 . PMID 19392109 .
- Stroud, CR, Jr. (2009). "Una solución astronómica a un antiguo problema cuántico" . Física . 2 : 19. Bibcode : 2009PhyOJ ... 2 ... 19S . doi : 10.1103 / Física.2.19 .
enlaces externos
- Oscilaciones de Aharonov-Bohm en "electrones troyanos"
- Creación experimental de "Trojan Wave Packets" - Charla de Barry Dunnings en youtube
- Extensiones de varios electrones de "Trojan Wave Packets" - Charla de Matt Kalinski en youtube
- Fenómeno opuesto - Cicloatomos (Presentación PPT de Robert Wagner) - propagación relativista contraintuitiva acelerada del paquete de ondas gaussianas agudas que originalmente se asemejaba al estado fundamental en el anillo en el átomo de hidrógeno en los campos magnético ultra fuerte y láser (animación)