La naturaleza cuántica de los objetos visibles a simple vista es actualmente una cuestión de investigación muy discutida. Un equipo dirigido por el físico de Innsbruck Gerhard Kirchmair ha demostrado ahora un nuevo método en el laboratorio que podría hacer que las propiedades cuánticas de los objetos macroscópicos sean más accesibles que antes. Con el método, los investigadores pudieron aumentar la eficiencia de un método de enfriamiento establecido en un orden de magnitud.

Con experimentos optomecánicos, los científicos intentan explorar los límites del mundo cuántico y crear una base para el desarrollo de sensores cuánticos de alta sensibilidad. En estos experimentos, los objetos visibles a simple vista se acoplan a circuitos superconductores a través de campos electromagnéticos. Para obtener superconductores que funcionen, tales experimentos se llevan a cabo en criostatos a una temperatura de aproximadamente 100 milikelvin. Pero esto todavía está lejos de ser suficiente para sumergirse realmente en el mundo cuántico. Para observar los efectos cuánticos en los objetos macroscópicos, deben enfriarse hasta casi el cero absoluto utilizando métodos de enfriamiento sofisticados. Los físicos dirigidos por Gerhard Kirchmair del Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) ahora han demostrado un mecanismo de enfriamiento no lineal con el que incluso los objetos masivos pueden enfriarse bien.

Capacidad de refrigeración superior a la común

En el experimento, los investigadores de Innsbruck acoplan el objeto mecánico, en su caso un haz vibratorio, al circuito superconductor a través de un campo magnético. Para ello, colocaron un imán en el haz, que tiene una longitud de unos 100 micrómetros. Cuando el imán se mueve, cambia el flujo magnético a través del circuito, cuyo corazón es el llamado SQUID, un dispositivo superconductor de interferencia cuántica. Su frecuencia de resonancia cambia según el flujo magnético, que se mide mediante señales de microondas. De esta manera, el oscilador micromecánico se puede enfriar hasta casi el estado fundamental de la mecánica cuántica. Además, David Zöpfl del equipo de Gerhard Kirchmair explica : « El cambio en la frecuencia de resonancia del circuito SQUID en función de la potencia de microondas no es lineal. Como consecuencia, podemos enfriar el objeto masivo en un orden de magnitud más por el mismo poder. » Este método nuevo y simple es particularmente interesante para enfriar objetos mecánicos más masivos. Zöpfl y Kirchmair confían en que esto podría ser la base para la búsqueda de propiedades cuánticas en objetos macroscópicos más grandes.

El trabajo se llevó a cabo en colaboración con científicos de Canadá y Alemania y ahora se ha publicado en Physical Review Letters. La investigación fue financiada por el Austrian Science Fund FWF y la Unión Europea, entre otros. Los coautores Christian Schneider y Lukas Deeg son o fueron miembros del Programa de Doctorado Átomos, Luz y Moléculas de la FWF (DK-ALM).