Un equipo de científicos han simulado el comportamiento de una estrella de neutrones en laboratorio, utilizando potentes campos magnéticos. La investigación ha permitido un paso importante en la comprensión de la naturaleza dual de los “supersólidos”. Han aportado pruebas convincentes de que este exótico estado de la materia posee propiedades tanto de sólido como de superfluido.

Los supersólidos representan un estado de la materia en el que las partículas están dispuestas en una estructura ordenada y rígida, como un sólido, pero también fluyen sin resistencia, de forma similar a los superfluidos.

Francesca Ferlaino, de la University of Innsbruck, dijo en un comunicado:

“Es un poco como el gato de Schrödinger, que está a la vez vivo y muerto, un supersólido es a la vez rígido y líquido”.

Esta combinación aparentemente contradictoria ha hecho que su existencia sea difícil de probar.

Impulsar la comprensión de la materia cuántica

El último avance tiene implicaciones de gran alcance para nuestra comprensión de la materia cuántica y su comportamiento en condiciones extremas.

Ferlaino agregó:

“Podemos observar en el laboratorio fenómenos físicos que en la naturaleza sólo se dan en condiciones muy extremas, como en las estrellas de neutrones”.

Para contextualizar, la comunidad científica cree que los supersólidos existen en los núcleos de las estrellas de neutrones.

Simulación de vórtices cuánticos superpuesta a datos experimentales. Crédito de imagen: University of Innsbruck

Thomas Bland, que dirigió el desarrollo teórico del proyecto, dijo en un comunicado:

“Nuestros hallazgos abren la puerta al estudio de las propiedades hidrodinámicas de sistemas cuánticos exóticos con múltiples simetrías rotas, como los cristales cuánticos e incluso las estrellas de neutrones”.

En 2021, un equipo de investigadores de la University of Innsbruck logró un avance decisivo al crear un supersólido bidimensional estable utilizando átomos de erbio ultrafríos.

Este logro sentó las bases para futuras investigaciones sobre las propiedades de este material exótico.

Confirmación de la superfluidez

Los investigadores agregaron:

“Aunque los investigadores han estudiado varios aspectos del comportamiento de los superfluidos, como la coherencia de fase y los modos de Goldstone sin ranura, no se ha podido demostrar directamente una de las características que definen la superfluidez: los vórtices cuantificados”.

Ahora, el equipo ha proporcionado la primera prueba convincente de la naturaleza dual del supersólido.

Empleando una técnica que consiste en rotar con precisión el supersólido utilizando campos magnéticos, han sido capaces de generar pequeños remolinos cuánticos conocidos como vórtices.

La presencia de estos vórtices es un sello distintivo de la superfluidez, lo que confirma la existencia de un flujo sin fricción dentro de la estructura rígida del supersólido.

El equipo explicó:

“En un gran avance, por fin se han observado vórtices cuantizados en un supersólido bidimensional en rotación, lo que proporciona la tan esperada confirmación del flujo superfluido irrotacional en un supersólido y marca un paso crítico en el estudio de la materia cuántica modulada.

La generación de estos vórtices fue un proceso delicado y difícil, que requirió un control meticuloso para evitar perturbar el frágil estado del supersólido”.

Representación artística de una estrella de neutrones. Crédito de imagen: Xataka

Experimento desafiante

Los investigadores pasaron casi un año calibrando cuidadosamente los campos magnéticos para inducir la rotación sin destruir el delicado equilibrio entre solidez y superfluidez.

Sus propiedades únicas podrían encontrar aplicaciones en áreas como la computación cuántica y la detección de alta precisión, lo que podría conducir al desarrollo de nuevos dispositivos con capacidades sin precedentes.

Ferlaino agregó:

“Nuestro trabajo es un hito importante en el camino hacia la investigación de la nueva física”.

Los investigadores concluyeron:

“Las implicaciones de este descubrimiento van mucho más allá del laboratorio y podrían afectar a campos que van desde la física de la materia condensada hasta la astrofísica, donde podrían existir fases cuánticas similares en condiciones extremas”.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista Nature.

[FT: uibk]

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Crédito imagen de portada: depositphotos.com