Los científicos han observado la evidencia más clara hasta el momento de una fase teórica de materia increíblemente rara y exótica llamada supersólidos, y aunque solo duró experimentalmente por un instante fugaz en el laboratorio, es el tiempo más largo que la hemos y visto y esto asegura de que existe.

Los supersólidos se predijeron teóricamente hace medio siglo, fusionando las características rígidas de los sólidos y las características de fluidez de los líquidos a nivel atómico.

Lo que esto significa es que de alguna manera, por imposible que parezca , los átomos que forman estos extraños materiales supersólidos están dispuestos espacialmente de tal manera que se asemejan a una estructura cristalina, al tiempo que incorporan las propiedades de superfluidez similares a las de un líquido .

Los científicos han estado estudiando la materia supersólida durante décadas, tanto teóricamente como experimentalmente, intentando replicarla y observarla de alguna manera en el mundo real, principalmente en experimentos con un isótopo de helio llamado superfluido helio-4.

Sin embargo, a pesar de muchos intentos, incluido un supuesto avance en 2004, la firme prueba de un supersólido a base de helio sigue siendo difícil de alcanzar.

Varias decenas de miles de partículas se organizan espontáneamente en una estructura cristalina autodeterminada mientras comparten la misma función de onda macroscópica: características de la supersolididad
Varias decenas de miles de partículas se organizan espontáneamente en una estructura cristalina autodeterminada mientras comparten la misma función de onda macroscópica: características de la supersolididad. Crédito: University of Innsbruck

Pero hay otra manera de engañar a los supersólidos para que existan, con intentos más recientes centrados en gases cuánticos ultra fríos como los condensados ​​de Bose-Einstein (BEC). En estos condensados, las partículas que forman el gas se enfrían tanto que comienzan a mostrar un comportamiento supersólido.

Lauriane Chomaz, física experimental de la University of Innsbruck en Austria, dijo en un comunicado:

Experimentos recientes han revelado que estos gases muestran similitudes fundamentales con el helio superfluido. Estas características sientan las bases para alcanzar un estado en el que varias decenas de miles de partículas del gas se organizan espontáneamente en una estructura cristalina autodeterminada al tiempo que comparten la misma función de onda macroscópica: características de supersolididad”.

El nuevo experimento

En los nuevos experimentos, Chomaz y otros investigadores trabajaron con dos gases cuánticos de este tipo, produciendo BEC de isótopos de erbio (erbio-166) y disprosio (disprosio-164).

Ambos gases son notables por sus fuertes interacciones dipolares, que, cuando se modifican lo suficiente por las temperaturas ultrafrías, promueven la agrupación atómica en formaciones de «gotitas» que a su vez promueven la supersolididad.

Tobias Donner, el investigador cuántico de ETH Zurich, dijo en un comunicado:

Durante varios años, los investigadores han sabido que estos BEC tienen los ingredientes para la supersolididad. Primero, son superfluidos. Y segundo, bajo ciertas condiciones, los átomos se segregarán en varias gotas densas, proporcionando la modulación de densidad necesaria”.

Aunque el erbio-166 y el disprosio-164 son buenos candidatos para inducir un comportamiento supersólido, los resultados del equipo mostraron que los dos gases no son iguales.

Distribución de momentos que confirma la creación de un nuevo estado de agregación de la materia, el condensado de Bose-Einstein
Distribución de momentos que confirma la creación de un nuevo estado de agregación de la materia, el condensado de Bose-Einstein. Crédito: NIST/JILA/CU-Boulder (Public domain)

Estabilidad sin precedentes en un supersólido

En los experimentos con el isótopo erbio, el estado supersólido observado fue «solo transitorio», explica la investigadora principal Francesca Ferlaino; en contraste, la BEC de disprosio demostró una «estabilidad sin precedentes» para un supersólido.

Los autores escribieron en su informe:

Al llegar a las fases a través de una lenta sintonía de interacción, a partir de un condensado estable, observamos que el erbio-166 y el disprosio-164 muestran una notable diferencia en la vida útil de las propiedades supersólidas, debido a las diferentes tasas de pérdida de átomos en los dos sistemas. De hecho, mientras que en el erbio-166 el comportamiento supersólido sobrevive solo unas pocas decenas de milisegundos, observamos modulaciones de densidad coherentes durante más de 150 ms en el disprosio-164″.

Por supuesto, 150 milisegundos pueden no parecer demasiado largos para usted y para mí, pero para una fase de materia increíblemente exótica y casi imposible que tiene que ser persuadida a la existencia para que se la vea, en realidad es «extraordinariamente longeva», cita el equipo de investigación.

Obtienen la mejor evidencia de un estado de materia exótica «supersólida»
Crédito: ETH Zurich / Julian Léonard

A pesar de esa larga vida, los investigadores no han podido determinar que estos resultados ofrecen la prueba inequívoca de supersolididad que hemos estado buscando, describiendo el trabajo como «evidencia de características de este estado exótico en gases atómicos diluidos ultrafríos».

Dicho esto, está claro que nos estamos acercando cada vez más a avances aún más emocionantes, especialmente porque esta investigación sigue de cerca a otros dos experimentos muy recientes que se centran en estados supersólidos en gases cuánticos dipolares.

Conseguir una evidencia sólida de un supersólido podría ser solo cuestión de tiempo.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en Physical Review X.

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