Vista artística de una gota de líquido cuántico formada por la mezcla de dos gases de átomos de potasio ultrafríos. Crédito:ICFO / Povarchik Studios Barcelona
Los investigadores del ICFO crearon un nuevo tipo de líquido 100 millones de veces más diluido que el agua y 1 millón de veces más delgado que el aire. Los experimentos publicado en Ciencias , explotar un fascinante efecto cuántico para producir gotitas de esta fase exótica de la materia.
Los líquidos y los gases son dos fases diferentes de la materia. Mientras los gases se diluyen, compresible y tomar el tamaño de su contenedor, los líquidos son densos, tener un volumen fijo y, en pequeñas cantidades, formar gotitas. Estos son conjuntos de partículas que permanecen unidas por sí mismas, y tener una superficie libre que los separe del medio ambiente. Al aumentar la temperatura, es posible inducir una transición de fase entre líquido y gas. Esto es lo que sucede al hervir agua en una olla.
Pero, ¿los gases siempre están diluidos y los líquidos siempre densos? Aunque en condiciones normales la respuesta a esta pregunta es sí, las cosas pueden volverse muy diferentes a temperaturas ultrabajas. En un estudio reciente publicado en Ciencias , Los investigadores del ICFO crearon un líquido 100 millones de veces más diluido que el agua y 1 millón de veces más delgado que el aire.
El equipo enfrió un gas de átomos de potasio a -273,15 grados Celsius, muy cerca del cero absoluto. Aunque a estas temperaturas, los átomos se comportan como ondas y siguen las reglas de la mecánica cuántica, todavía conservan una propiedad intrínseca de un gas:se expanden en ausencia de contención. A diferencia de, cuando dos de estos gases se mezclan y se atraen entre sí, en cambio, los átomos forman gotitas líquidas. Cesar Cabrera, primer autor del estudio, dice, "En muchos aspectos, Nuestras gotas de potasio son muy similares a las del agua:tienen su propio tamaño y forma, independientemente de donde los pongamos, pero son mucho más frías y sus propiedades son cuánticas ".
Una mezcla de dos gases ultrafríos que se atraen entre sí puede formar un líquido ultradiluido, que permanece autoadhesivo en una gota incluso en ausencia de confinamiento. Crédito:ICFO
En efecto, la existencia de estas gotitas de líquido se debe enteramente a fluctuaciones cuánticas, un fascinante efecto cuántico intrínseco. Es más, debido a la mecánica cuántica, los átomos que forman una gota no pueden permanecer completamente en reposo en su interior. Esto está prohibido por el principio de incertidumbre de Heisenberg. Permanecen así en perpetuo movimiento, lo que lleva a una presión cuántica que vuelve inestables las gotas muy pequeñas y las evapora en un gas en expansión. La profesora Leticia Tarruell dice:"Estas gotitas son fascinantes objetos macroscópicos:incluso si están formados por miles de partículas, su comportamiento todavía está completamente determinado por fluctuaciones cuánticas y correlaciones. Al observar la transición de fase entre líquido y gas, medimos con mucha precisión estos sorprendentes efectos cuánticos ".
La combinación única de dilución y "cuántica" hace que las gotas de líquido cuántico sean un banco de pruebas ideal para comprender mejor los sistemas cuánticos hechos de muchas partículas que interactúan. y comprender las características que comparten con el helio líquido, estrellas de neutrones u otros materiales complejos.