Casi 50 años desde que los científicos imaginaron lo que podría parecer la supersolidez, un estado cuántico peculiar en el que los átomos están dispuestos en un patrón regular pero, al mismo tiempo, pueden fluir sin fricción, los investigadores ahora han demostrado un gas cuántico supersólido bidimensional en el laboratorio. por primera vez. En un gas descrito por la física clásica, teóricamente podría etiquetar cada átomo constituyente del gas y conocer siempre su posición y momento. Sin embargo, nunca se puede conocer este tipo de información para cada partícula individualmente en un gas cuántico.
A temperaturas relativamente altas, el modelo de gas clásico es una buena aproximación del comportamiento del fluido. Después de todo, los ingenieros han estado usando ecuaciones físicas clásicas durante décadas y nuestros aviones vuelan de manera agradable y predecible, por ejemplo. Sin embargo, a temperaturas muy bajas cercanas al cero absoluto, los átomos y las moléculas se ralentizan y el comportamiento de los fluidos se describe con mayor precisión como un gas cuántico, un comportamiento que puede ser bastante difícil de entender.
Por ejemplo, a 0.000001 grados por encima del cero absoluto, los átomos se vuelven tan densamente empaquetados que se comportan como un súper átomo, actuando al unísono. Los átomos pueden formar una forma exótica de materia llamada condensado de Bose-Einstein (BEC), también conocido como el quinto estado de la materia, en el que los átomos individuales están completamente deslocalizados. Esto significa que existe el mismo átomo en cada punto dentro del condensado en un momento dado, algo que no tiene sentido desde la perspectiva de la física clásica. Es lo que es.
Los fluidos cuánticos como los BEC tienden a exhibir algunos comportamientos macroscópicos “cuánticos” como superfluidez (flujo de fluido con viscosidad cero) o superconductividad (flujo eléctrico con resistencia cero). Aparentemente, también existen los supersólidos, materiales extraños cuyos átomos están dispuestos en una red ordenada pero que, sin embargo, fluyen sin fricción.
En 2019, investigadores dirigidos por Francesca Ferlaino, física de la Universidad de Innsbruck en Austra, demostraron por primera vez un estado supersólido en un gas cuántico ultrafrío de átomos magnéticos. Sin embargo, este esfuerzo solo pudo alcanzar estados supersólidos en una cadena de gotas unidimensionales. Ahora, los investigadores han ido más allá al extender este fenómeno a dos dimensiones.
“Normalmente, uno pensaría que cada átomo se encontraría en una gota específica, sin forma de interponerse entre ellos”, dice Matthew Norcia del equipo de Francesca Ferlaino.
“Sin embargo, en el estado supersólido, cada partícula se deslocaliza a través de todas las gotas, existiendo simultáneamente en cada gota. Básicamente, tienes un sistema con una serie de regiones de alta densidad (las gotas) que comparten los mismos átomos deslocalizados”.
La estructura de cristal 2-D está bloqueada en una estructura rígida pero también deslocalizada al mismo tiempo, un fenómeno que hace posible una fuerte polaridad de átomos magnéticos ultraenfriados. Al hacerlo, los físicos han creado una estructura sólida con las propiedades de un superfluido.
Como cualquier experimento de física cuántica respetable, esta investigación abre más preguntas de las que responde. Por ejemplo, no está claro si es posible fabricar supersólidos a mayor escala.
Fuente: ZME Science.
