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Cuando la materia se enfría casi al cero absoluto, surgen fenómenos intrigantes. Entre ellos, el estado supersólido, donde estructura cristalina y flujo sin fricción están juntos.
Los investigadores de ETH Zurich han logrado este estado extraño experimentalmente por primera vez.
Sólido, líquido o gas son los tres estados claramente definidos de la materia. Es difícil imaginar que las sustancias pudieran exhibir simultáneamente propiedades de dos de estos estados. Sin embargo, precisamente este fenómeno es posible en el campo de la física cuántica, donde la materia puede mostrar comportamientos que parecen mutuamente excluyentes.
Un ejemplo de estado paradójico es el supersólido, donde los átomos están dispuestos en un patrón cristalino mientras que al mismo tiempo se comportan como un superfluido, en el cual las partículas se mueven sin fricción.
Hasta ahora, la "supersolididad" no era más que una construcción teórica. Pero en la última edición de Nature, un grupo de investigadores liderados por Tilman Esslinger, profesor de óptica cuántica en el Instituto de Electrónica Cuántica de ETH Zurich, y Tobias Donner, científico principal en el mismo instituto, informan de la exitosa producción de un estado supersólido en laboratorio.
Los investigadores introdujeron una pequeña cantidad de gas de rubidio en una cámara de vacío y la enfriaron a una temperatura de unas pocas milmillonésimas de grado kelvin por encima del cero absoluto, de modo que los átomos se condensaron en lo que se conoce como condensado de Bose-Einstein. Este es un peculiar estado cuántico mecánico que se comporta como un superfluido.
Los investigadores colocaron este condensado en un dispositivo con dos cámaras de resonancia óptica entrecruzadas, cada una de las cuales constaba de dos diminutos espejos opuestos. El condensado se iluminó entonces con luz láser, que se dispersó en ambas de estas dos cámaras.
La combinación de estos dos campos de luz en las cámaras de resonancia provocó que los átomos en el condensado adoptaran una estructura regular similar a un cristal. El condensado conservó sus propiedades superfluidas: los átomos en el condensado todavía podían fluir sin ninguna entrada de energía, por lo menos en una dirección, que no es posible en un sólido "normal".
"Hemos sido capaces de producir este estado especial en el laboratorio gracias a una configuración sofisticada que nos permitió hacer las dos cámaras de resonancia idénticas para los átomos", explica Esslinger en un comunicado.
Con su experimento, los físicos en el equipo de Esslinger y Donner realizaron un concepto teorizado por los científicos incluyendo el físico británico David Thouless. En 1969, postuló que un superfluido también podría tener una estructura cristalina.
Las consideraciones teóricas llevaron a la conclusión de que este fenómeno podría ser más fácilmente demostrado con helio enfriado a sólo unos pocos kelvins por encima del cero absoluto.
En 2004, un grupo de Estados Unidos informó que había encontrado evidencia experimental para tal estado, pero luego atribuyó sus hallazgos a los efectos superficiales del helio. "Nuestro trabajo ha implementado con éxito las ideas de Thouless", explica Donner. "No usamos helio, sin embargo, pero se obtuvo un condensado de Bose-Einstein."
Un segundo estudio independiente sobre el mismo tema aparece en el mismo número de Nature: un grupo de investigadores dirigido por Wolfgang Ketterle en el MIT anunció el pasado otoño - poco después de los investigadores de ETH - que también habían logrado encontrar evidencia de 'supersolididad', usando un enfoque experimental diferente.
jpe
