Mesuren camps magnètics fins ara indetectables amb el material més fred de l'univers

Son camps magnètics tan febles, milers de milions de vegades més febles que el de la Terra, que fins ara els físics pensaven que estaven més enllà del límit que permetria detectar-los. Però científics de Catalunya i Finlàndia han pogut mesurar-los fent servir el material més fred de l'univers.

La fita l'ha aconseguit un equip de l'Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) liderat pel professor de recerca ICREA Morgan Mitchell i del qual han format part Silvana Palacios, Pau Gómez, Simon Coop i Chiara Mazzinghi. Han treballat en col·laboració amb Roberto Zamora, de la Universitat d'Aalto. L'estudi s'ha publicat a la revista PNAS.

Detectar camps magnètics molt febles té moltes aplicacions. Així, els que produeix el cervell permeten estudiar els processos que hi tenen lloc i detectar alguns trastorns mentals. Però alguns són extraordinàriament febles.

Per això, per detectar-los calen que els magnetòmetres que es fan servir tinguin una gran sensibilitat.

Però tot i el grau de sensibilitat de les tecnologies utilitzades darrerament, no s'aconseguia detectar alguns senyals magnètics molt febles. La física descriu aquesta limitació amb una quantitat anomenada resolució d'energia per amplada de banda. Des dels anys 80 que no s'aconseguia avançar en el límit.

Fins ara, quan l'equip de l'ICFO ha utilitzat el que s'anomena condensat de Bose-Einstein. És un estat de la matèria format només per unes partícules subatòmiques anomenades bosons i que s'ha refredat a temperatures molt baixes, properes a la més baixa que pot existir, el zero absolut (273,16 graus sota zero).

En aquest cas, el condensat estava format per àtoms d'un element anomenat rubidi refredats a mil milionèsimes de grau per sobre del zero absolut. A aquestes temperatures tan baixes, els àtoms responen als camps magnètics com les agulles d'una brúixola. Però, a més, es poden reorientar sense fricció ni viscositat.

Per això, permet detectar camps magnètics tan febles. I els investigadors de l'ICFO i d'Aalto han obtingut una mesura 17 vegades millor que amb qualsevol tecnologia prèvia.

Un sensor gairebé tan petit com un glòbul vermell

La unitat de mesura dels caps magnètics és el tesla --en honor de l'enginyer serbi Nikola Tesla, inventor, entre altres coses, del corrent altern. Per comprendre els camps que s'han pogut detectar, el doctor Morgan Mitchell explica al 324.cat que el camp magnètic de la Terra, que detectem amb els telèfons mòbils, és d'uns 50 microtesles, és a dir, milionèsimes de tesla:

"Nosaltres hem demostrat una sensibilitat d'uns 70 femtotesles, milbilionèsimes de tesla, que és més de mil milions de vegades més feble."

I afegeix que per detectar el camp magnètic han utilitzat un sensor de 14 mil·lèsimes de mil·límetre de diàmetre, només dues vegades el gruix d'un cabell o el diàmetre d'un glòbul vermell de la sang.

La sensibilitat del sensor podria augmentar millorant la tècnica o amb condensats de Bose-Einstein fets d'un altre tipus d'àtoms.

Amb aquest magnetòmetre, explica Mitchell, es podran estudiar propietats físiques dels materials i també serà útil per buscar la matèria fosca que, segons es creu, constitueix el 85% de la matèria de l'univers.

Però la conseqüència més important de la recerca és haver demostrat que el límit de detecció que es creia infranquejable no ho és. I això obre la porta al desenvolupament d'altres magnetòmetres molt més sensibles, que es podrien fer servir en altres àrees del coneixement, com la neurociència i la biomedicina.

Segons Mitchell, que dirigeix el Grup d'Òptica Atòmica Quàntica de l'ICFO, això seria a llarg termini, però la seva demostració ja serà útil en el altres camps, com la recerca de la matèria fosca de l'univers.