¿Qué tienen que ver Albert Einstein, el proyecto LIGO y un novedoso “láser de sonido”? En un nuevo coloquio virtual que ideó el Instituto de la UNCUYO, el doctor en Física Alejandro Fainstein disertará sobre un “láser de sonido” o “sáser” desarrollado por investigadores de Argentina y Alemania en el campo de la física. El trabajo fue publicado recientemente en la revista Nature Communications.

“Un láser es un dispositivo que emite luz monocromática, coherente, colimada, y potencialmente muy intensa. En este coloquio describiré la historia que nos lleva a la reciente demostración de un ‘láser’ que emite, de manera muy eficiente, ondas de sonido de muy alta frecuencia”, sostuvo el director de este proyecto en el Centro Atómico Bariloche (CAB).

Según Fainstein esta historia se inicia en 2003 cuando describió junto a otros científicos una forma de construir cavidades resonantes que confinan simultáneamente luz y sonido (las cavidades resonantes son un ingrediente esencial de los láseres). “Los 17 años que pasaron desde 2003 no tienen que ver con la dificultad de financiar y desarrollar investigación experimental en Argentina, sino con nuestros limitados conocimientos, y con el natural devenir del descubrimiento científico”, añadió el egresado y docente del Balseiro.

En ese tiempo, en el mundo se logró demostrar la “condensación de Bose-Einstein” de partículas que son mezcla de luz y de materia, y se detectaron ondas gravitatorias en el observatorio LIGO. “También en los países más desarrollados se pusieron en marcha programas enormes para el avance de las llamadas tecnologías cuánticas, y se están implementado redes de comunicaciones 5G. Qué tiene que ver todo esto con nuestro trabajo, es parte de la historia que narraré”, expresó el investigador de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y del CONICET en el Laboratorio de Fotónica y Optoelectrónica del CAB.

Este cuarto coloquio online, desde que arrancó la pandemia, se realizará el viernes 13 de noviembre a las 15, a través de la plataforma online Zoom y del canal de YouTube “Instituto Balseiro Coloquios".

El descubrimiento

A partir de experimentos con polaritones en estados cuánticos llamados “condensado Bose-Einstein”, físicos de Argentina y Alemania, entre los que se encuentran egresados y docentes del Instituto Balseiro, generaron por primera vez un nuevo tipo de láser de sonido, o “sáser”.

Los “Condensados Bose-Einstein” (BEC, por sus siglas en inglés) fueron teorizados por Satyendra Nath Bose y Albert Einstein hace casi un siglo. En 1995, Eric Cornell y Carl Wieman lograron por primera vez generar en el laboratorio este tipo de estado cuántico, llamado “el quinto estado de la materia”, al utilizar átomos de rubidio a muy bajas temperaturas. Ahora, por primera vez, un equipo de científicos de Argentina y Alemania demostró la generación de un láser de sonido de muy alta frecuencia que basa su funcionamiento en el acoplamiento de condensados de Bose-Einstein pero de otro tipo de partículas, los polaritones.

Este tipo de láser de sonido o “sáser” significa un aporte importante para avanzar en el conocimiento físico del mundo cuántico. Y además podría ser utilizado en distintos campos, en especial en tecnologías cuánticas, las telecomunicaciones, y en áreas biológicas y de la salud.

Los polaritones son partículas del tipo bosón que se generan por el acoplamiento fuerte e indivisible entre fotones (los “paquetes” coherentes de luz) y una oscilación electrónica en un átomo. Se pueden producir iluminando con un láser ciertos dispositivos resonantes. Ante determinados estímulos, millones de ellos forman un condensado de Bose-Einstein y responden de forma sincronizada, como “un gran átomo” en el mismo nivel de energía. Se trata de la primera vez que se demuestra que se pueden utilizar para generar un láser de sonido o sáser.

El nuevo desarrollo consiste en un sistema híbrido que combina distintas herramientas de la física cuántica para generar un fenómeno de hipersonido producido por la interacción entre la luz y los polaritones BEC. Los experimentos fueron realizados en el Laboratorio de Fotónica y Optoelectrónica de la CNEA, a temperaturas de 5 grados Kelvin (268 grados centígrados bajo cero). El principal resultado fue la demostración de una generación de sonido “sáser” de muy alta frecuencia o “hipersonido”, inaudible para el ser humano.

Los físicos argentinos que realizaron este descubrimiento son egresados y docentes del Instituto Balseiro, e investigadores del CONICET en ese Laboratorio. Sus pares alemanes trabajan en el Paul-Drude-Institut de Berlín. La colaboración fue financiada por los ministerios de ciencia de ambos países.