Un equipo de la Universidad de Innsbruck llegó a un hito de la física

En los años ’60, hace ya más de medio siglo, la comunidad cientifica internacional se paró sobre el helio sólido (que solo se produce a presiones muy altas y a temperaturas muy bajas, transformándose en un cristal) para afirmar que era el candidato numero uno que demostraría la teoría de los supersólidos. A lo que se apuntaba era a que existía una nueva materia con propiedades sólidas y líquidas a la vez.

Hasta el día de hoy no obtuvieron resultados, pero la ciencia siguió buscando enfoques nuevos para comprobar la existencia de ese estado. Uno de ellos es el caso de los gases cuánticos, una ventana única al mundo de los fenómenos cuánticos macroscópicos.

Ahora, un reciente estudio de Nature señaló que los estados supersólidos presentan simultáneamente propiedades típicamente asociadas con un sólido y con un superfluido.

El equipo investigador encabezado por la científica Francesca Ferlaino, de la Universidad de Innsbruck, logró generar, por primera vez en forma paralela a otros laboratorios en las universidades de Pisa y Stuttgart, estados supersólidos a partir de gases cuánticos ultracongelados de átomos de lantánido altamente magnéticos.

«Debido a los efectos cuánticos, un gas muy frío de átomos puede desarrollar espontáneamente tanto un orden de un cristal sólido como un flujo de partículas como un líquido cuántico superfluido, es decir, un fluido capaz de fluir sin ninguna fricción», explicó Ferlaino. Es decir, tiene la estructura de un cristal, pero las partículas en su interior ‘fluyen’ como un líquido, porque están deslocalizadas.

Además de Ferlaino participaron del trabajo Matthew Norcia, Claudia Politi, Lauritz Klaus, Elena Poli, Maximilian Sohmen, Manfred Mark, Russell Bisset y Luis Santos. La idea consistió en imaginaron inicialmente en el contexto del helio sólido a granel, como una posible respuesta a la pregunta de si un sólido podría tener propiedades superfluidas.

Aunque a pesar de reiterados intentos no lograron observar supersolidez en helio sólido, los gases atómicos ultrafríos proporcionan un enfoque alternativo, que recientemente permitió la observación y el estudio de supersólidos con átomos dipolares. Sin embargo, a diferencia de los fenómenos propuestos en el helio, estos sistemas gaseosos hasta ahora solo han mostrado supersolidez en una sola dirección.

​»Con nuestro hallazgo demostramos la extensión de las propiedades supersólidas en dos dimensiones mediante la preparación de un gas cuántico supersólido de átomos de disprosio en ambos lados de una transición de fase estructural similar a las que ocurren en las cadenas iónicas, alambres cuánticos y teóricamente en cadenas de partículas dipolares individuales”, afirman el estudio. Esto abre la posibilidad de estudiar propiedades de excitación ricas, incluida la formación de vórtices y fases de estado fundamental con estructura geométrica variada en un sistema altamente flexible y controlable.

​La interacción magnética hace que los átomos se autoorganicen en una suerte de ‘gotitas’ y se organicen en un patrón regular. En otras palabras, se consiguió ‘convencer’ a una materia que tiende a expandirse a que se reacomode en una estructura regular y delimitada.

​El nuevo estudio va más allá. Hasta hoy, los estados supersólidos en los gases cuánticos solo han siso observados como una cadena de gotitas, a lo largo de una única dimensión. Ahora se ha conseguido expandir el fenómeno a dos dimensiones, lo que amplía las perspectivas de la investigación. Algo así como poder mirar este nuevo estado desde diferentes ángulos.

«Por ejemplo, en un sistema supersólido bidimensional, se puede estudiar cómo se forman los vórtices en el agujero entre varias gotas adyacentes -afirma Ferlaino-. Estos vórtices descritos en teoría aún no se han demostrado, pero representan una consecuencia importante de la superfluidez».

Fuente: clarin.com