Crean el primer supersólido en un gas cuántico

 

Un nuevo estado de la materia en otra dimensión. ¿Cómo es esta materia? ¿Cómo han conseguido recrearla?

Tradicionalmente, estamos familiarizados con tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Pero en física cuántica, algunas sustancias son tanto sólidas como líquidas. Y, a pesar de que los científicos llevan hablando de supersólidos desde la década de 1950, no fue hasta 2020 que científicos de Italia, Alemania e Innsbruck lograron de forma independiente detectarlos, en gas cuántico ultrafrío.

Ahora, un equipo de investigadores profundiza aún más en esta cuestión al poder ser capaces de observar este nuevo estado de la materia en una nueva dimensión, un nuevo hito en la física fundamental.

¿Qué es un supersólido?

Un supersólido es esencialmente un material ordenado espacialmente con propiedades superfluidas en la física de la materia condensada.

Los investigadores del Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck y del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia de Ciencias de Austria han logrado, precisamente, crear estados supersólidos en gases cuánticos ultrafríos de átomos magnéticos por primera vez en la historia. Este supersólido 2D es un tipo de materia aparentemente contradictoria que tiene simultáneamente las propiedades de un sólido y un superfluido.

“Esta demostración es un avance clave porque una forma directa de demostrar que un sistema exhibe superfluidez es estudiar sus propiedades bajo rotación, y este análisis no se puede lograr si el sistema tiene una sola dimensión”, aclaran los autores en su estudio recogido en la revista Nature.

Los supersólidos no representan, por tanto, una versión mejorada de los sólidos, sino que son sólidos cuyos átomos están dispuestos en una estructura cristalina rígida, muy parecida a los sólidos típicos. Pero, extrañamente, los supersólidos también pueden fluir con viscosidad cero, similar a un superfluido.

Anteriormente, el estudio más reciente presentó supersólidos con la ayuda de otro estado diferente de la materia, conocido como condensado de Bose-Einstein (BEC). Estos están compuestos por una nube de átomos de gas de baja densidad enfriada a temperaturas cercanas al cero absoluto. Con esta temperatura tan fría, exhiben caprichos cuánticos desconcertantes que normalmente no se observan en estas escalas macro.

En el gas cuántico ultrafrío, los átomos se organizan en gotitas a través de su interacción magnética y se organizan en un patrón regular.

“Normalmente, se esperaría que cada átomo se encontrara en una gota en particular, sin posibilidad de intercambiar ubicaciones. Pero en el estado supersólido, cada partícula está deslocalizada en todas las gotas, por lo que existe simultáneamente en cada gota ", comenta Matthew Norcia, coautor del trabajo.

Esta extraña formación permite el efecto de superfluidez; un flujo sin fricción a pesar de la existencia de un orden espacial. La base del nuevo y creciente campo de investigación de los supersólidos es la fuerte polaridad de los átomos magnéticos, cuyas características de interacción permiten la creación de este estado paradójico de la mecánica cuántica de la materia en el laboratorio.