Científicos del ITMO Simulan la Dinámica Galáctica Usando Iones Atrapados

Investigadores de la Universidad ITMO han desarrollado una metodología innovadora que permite simular con gran precisión el movimiento de las estrellas en relación con el centro de nuestra Galaxia y las transformaciones subsiguientes de la Vía Láctea. Este enfoque se basa en la utilización de iones atómicos, los cuales son confinados dentro de una trampa de laboratorio especializada. Este avance permite trascender las meras deducciones matemáticas para adentrarse en el estudio experimental de procesos astrofísicos, aplicando el principio de semejanza.

Semión Rudoy, investigador científico del Centro de Educación e Investigación en Física de Nanoestructuras del ITMO, explicó que esta técnica ofrece la capacidad de replicar un sistema cósmico a escala de laboratorio, permitiendo examinar fenómenos astrofísicos e incluso influir en ellos. Para ello, las partículas cargadas en la trampa actúan como análogos directos de las estrellas. Las galaxias, al igual que otros sistemas cósmicos de gran escala, son inherentemente complejas y dinámicas. En estos sistemas, incluso las variaciones más mínimas en las condiciones iniciales pueden desencadenar resultados impredecibles a largo plazo, lo cual históricamente ha limitado la exactitud de los modelos computacionales convencionales.

Tradicionalmente, para proyectar el comportamiento de estos sistemas en intervalos temporales extensos, los astrónomos recurren a construcciones matemáticas simplificadas. Un ejemplo paradigmático es el potencial de Hénon-Heiles, introducido por Michel Hénon y Carl Heiles en 1964. El estudio realizado por los científicos del ITMO, el cual recibió apoyo del Fondo Ruso de Ciencias, ha demostrado que las trayectorias de los iones atómicos dentro de una trampa cuadrupolar exhiben un comportamiento análogo a las órbitas estelares dentro del potencial galáctico. De hecho, los físicos lograron confirmar que el potencial astrofísico clásico de Hénon-Heiles puede ser materializado exitosamente en un sistema de iones atómicos.

Para configurar el campo eléctrico necesario dentro de la trampa, se emplean electrodos fabricados a partir de óxido de indio y estaño, depositados sobre sustratos de vidrio. Dmitri Sherbinin, investigador principal del mismo centro, subrayó un punto fundamental: los sistemas caóticos, a pesar de sus diferencias intrínsecas de naturaleza (ya sea a nivel macro o micro), se rigen por patrones universales. Esta observación sugiere la existencia de reguladores comunes para sistemas caóticos diversos, permitiendo que unos reproduzcan la dinámica de otros.

En campos relacionados, como la computación cuántica basada en iones, científicos rusos del FIAN (Instituto de Física de la Academia de Rusia) lograron en diciembre de 2025 una precisión récord en operaciones de un solo cúbit en una computadora de 70 cúbits. Este logro subraya la alta pericia existente en el manejo de sistemas iónicos. Mientras que investigadores internacionales, como Christopher Monroe, ven en la simulación cuántica con iones una plataforma prometedora para modelar sistemas de materia condensada, la innovación rusa se centra en la creación de modelos astrofísicos a escala macro, utilizando los mismos principios fundamentales para el control de partículas cargadas.