Cuando la materia se enfría casi al cero absoluto, Surgen fenómenos intrigantes. Estos incluyen supersolidez, donde la estructura cristalina y el flujo sin fricción ocurren juntos. Los investigadores de ETH han logrado realizar este extraño estado experimentalmente por primera vez.

Sólido, líquido o gas son los tres estados de la materia claramente definidos. Es difícil imaginar que las sustancias puedan exhibir simultáneamente propiedades de dos de estos estados. Todavía, precisamente tal fenómeno es posible en el ámbito de la física cuántica, donde la materia puede mostrar comportamientos que parecen mutuamente excluyentes.

La supersolidez es un ejemplo de este estado paradójico. En un supersólido, Los átomos están dispuestos en un patrón cristalino mientras que al mismo tiempo se comportan como un superfluido, en el que las partículas se mueven sin fricción.

Hasta ahora, la supersolidez era meramente una construcción teórica. Pero en el último número de Naturaleza , un grupo de investigadores dirigido por Tilman Esslinger, profesor de óptica cuántica en el Instituto de Electrónica Cuántica, y Tobias Donner, científico senior del mismo instituto, Informar sobre la producción exitosa de un estado supersólido.

Los investigadores introdujeron una pequeña cantidad de gas rubidio en una cámara de vacío y la enfriaron a una temperatura de unas mil millonésimas de kelvin por encima del cero absoluto. de modo que los átomos se condensaron en lo que se conoce como un condensado de Bose-Einstein. Este es un estado peculiar de la mecánica cuántica que se comporta como un superfluido.

Los investigadores colocaron este condensado en un dispositivo con dos cámaras de resonancia óptica que se cruzan, cada uno consta de dos pequeños espejos opuestos. Luego, el condensado se iluminó con luz láser, que estaba esparcido en ambas de estas dos cámaras. La combinación de estos dos campos de luz en las cámaras de resonancia hizo que los átomos del condensado adoptaran una forma regular, estructura cristalina. El condensado retuvo sus propiedades superfluidas:los átomos en el condensado aún podían fluir sin ningún aporte de energía, al menos en una dirección, lo cual no es posible en un sólido "normal".

“Pudimos 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.

Del concepto teórico a la realidad experimental

Con su experimento, los físicos del equipo de Esslinger y Donner se dieron cuenta de un concepto teorizado por científicos, incluido 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 demostrarse más fácilmente con helio enfriado a unos pocos kelvin por encima del cero absoluto. En 2004, un grupo estadounidense informó que había encontrado evidencia experimental para tal estado, pero más tarde atribuyó sus hallazgos a los efectos superficiales del helio. "Nuestro trabajo ahora ha implementado con éxito las ideas de Thouless, "explica Donner." No usamos helio, sin embargo, sino un condensado de Bose-Einstein ".

Un segundo, Un estudio independiente sobre el mismo tema aparece en el mismo número de Naturaleza :un grupo de investigadores dirigido por Wolfgang Ketterle en el MIT anunció el otoño pasado, poco después de los investigadores de ETH, que también habían logrado encontrar evidencia de supersolidez, utilizando un enfoque experimental diferente.