¿Cerca de fabricar un Amplificardor de Haces Coherente de Fonones (phaser)?

Mientras algunos celebramos los 50 años de la fabricación del primer láser, otros investigadores están trabajando en la creación del primer láser puramente acústico de fonones. El fonon es la partícula elemental del sonido, como el foton lo es en la luz. El fonon tiene características muy diferentes al foton, pero se puede aplicar donde la luz es poco trasmitida.

El láser es el acrónimo ingles de Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation. Es una fuente de luz donde los haces son muy intensos, direccionales, de una sola frecuencia y cuentan con fase constante. El láser es empleado en muchos lugares: lo encontramos aparatos para leer CD hasta como “cuchillo” en cirugía refractiva ocular. Con este antecedente muchos son los que imaginan que un laser de fotones tendrá grandes aplicaciones tecnológicas, especialmente el rango las muy altas frecuencias, donde los fonones son más energéticos y fáciles de trasmitir.

La primer idea del símil del láser acústico atómico fue propuesta en el 2009, en ese estudio Kerry Vahala y amigos del Max Planck Insitute afirmaba que un ion de magnesio super-enfriado (~1mK) en una trampa electromagnética podía ser láser de fonones. Aquí, la frecuencia del fonon es determinada por la oscilación del átomo individual y no de un colectivo de moléculas.

Ahora, J. T. Mendonca y compadres del Instituto Superior Tecnico en Lisboa, Portugal, han extendido el concepto de emplear un solo ion por un ensamblaje grande de átomos en una cámara de ultra-enfriamiento atómico. En este caso, la frecuencia del fonon es determinada por la oscilación interna de los átomos del gas, similar cómo funciona la cavidad óptica de un láser.

Son tres los procesos físicos para lograr los fonones coherentes:

1) Un laser de emisión hacia el rojo enfría a los átomos. Un proceso bien conocido de enfriameinto atomico que le valio en premio Nobel de 1989 a Ramsey, Dehmelt, y Paul

2) Un láser de emisión hacia el azul produce la inversión de población aumentando su energía cinética, lo cual es un requisito en los láseres pues brinda energía para que se produzcan vibraciones electrónicas.

3) Los átomos emiten la vibración (fonon) y decaen a un estado de energía cinética menor. Fuera de la cámara, los fonones puede acoplarse por medios electro-magneto-mecánicos para su detección y uso.

Ahora los retos de esta investigación deben ser mejorar la emisión fononica para lograr una aplicación concreta. Además de compactar el instrumental de enfriamiento atomico, pues ocupa una mesa entera. Ya veremos qué pasa con esta nueva herramienta.

Referencia:

Mendonça, J., Terças, H., Brodin, G., & Marklund, M. (2010). A phonon laser in ultra-cold matter EPL (Europhysics Letters), 91 (3) DOI: 10.1209/0295-5075/91/33001