Generalmente, La materia existe en tres formas distintas:como un sólido, un líquido o un gas. Investigaciones de física anteriores, sin embargo, ha desvelado otros estados curiosos de la materia, uno de los cuales es la supersolidez. En un estado supersólido, las partículas están dispuestas en un cristal rígido y, no obstante, pueden fluir a través del sólido sin ningún tipo de fricción. Aunque esto pueda parecer contradictorio, este estado está permitido por las leyes de la mecánica cuántica.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Aarhus en Dinamarca ha llevado a cabo recientemente un estudio que explora la supersolidez en condensados ​​dipolares de Bose-Einstein (BEC), estados de la materia en los que átomos separados enfriados hasta casi el cero absoluto se unen en una sola entidad mecánica cuántica. Su estudio, presentado en Cartas de revisión física , reveló un punto crítico en el que se produce la cristalización, y emerge una nueva fase supersólida, que se caracteriza por un patrón de panal regular con superfluidez casi perfecta.

"Conjeturado hace más de 50 años, La supersolidez ha permanecido esquiva a las observaciones hasta hace poco, donde una nueva promesa es dada por experimentos con gases muy diluidos de átomos que son enfriados y atrapados por luz láser a temperaturas cercanas al cero absoluto, "Thomas Pohl, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "En condiciones tan extremas, los átomos pueden formar colectivamente un llamado condensado de Bose-Einstein, que es un estado cuántico que representa un superfluido ideal sin fricción. Sin embargo, uno, naturalmente, no esperaría que un diluido, El líquido que fluye libremente puede cristalizar. Fascinado por la extraña naturaleza del estado supersólido, queríamos entender si esto sería posible, no obstante, si los átomos interactuaran de una manera adecuada ".

A principios de la década de 2000, Los investigadores propusieron condensados ​​dipolares de Bose Einstein formados por partículas que, como pequeños imanes, pueden atraerse y repelerse entre sí a distancias considerables. En su estudio, Pohl y sus colegas Yongchang Zhang y Fabian Maucher observaron que las fluctuaciones cuánticas en tales condensados ​​dipolares pueden conducir a la cristalización en un punto crítico (es decir, un punto en el diagrama de fases donde dos fases de una sustancia se vuelven indistinguibles).

Esto esencialmente significa que los condensados ​​dipolares pueden, De hecho, ser supersólido, que es lo que esperaban los investigadores cuando comenzaron su investigación. Sus cálculos, sin embargo, dio más sorpresas, específicamente relacionado con la forma en que cristalizó el fluido cuántico.

"Cuando ponemos un cubito de hielo en un vaso de agua, tomará algún tiempo hasta que esté completamente derretido, "Zhang le dijo a Phys.org". En otras palabras, el agua puede coexistir en forma líquida y sólida durante su fusión o congelación, y este comportamiento es típico de muchas otras sustancias. Para nuestra sorpresa, Descubrimos que nuestro supersólido se congela de una manera peculiar, donde los átomos son completamente líquidos o completamente sólidos, y el fluido y el cristal se vuelven virtualmente idénticos justo en el punto donde las dos fases se transforman sin coexistencia ".

Los análisis realizados por Pohl, Zhang y Maucher revelaron un nuevo tipo de supersólido que era bastante diferente de lo que habían anticipado originalmente. En lugar de que los átomos se dispongan en una red típica, Se descubrió que el fluido cuántico dipolar formaba una estructura de canales en forma de panal.

Sin embargo, al contrario de la miel, que es un fluido viscoso, en esta estructura, los átomos dipolares pueden moverse libremente a lo largo de las crestas del superfluido "panal". Los investigadores encontraron esta forma peculiar de materia, en el que las partículas pueden fluir a través de una red regular mantenidas unidas puramente por el propio líquido y con una viscosidad prácticamente nula, extremadamente fascinante.

"Nuestro estudio teórico se basó en el análisis y simulación numérica de la función de onda de la mecánica cuántica macroscópica que describe el estado de los átomos dipolares en el condensado de Bose-Einstein, "Fabian Maucher, otro investigador que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Como se señaló en trabajos anteriores, un aspecto particularmente importante es incluir las correlaciones de la mecánica cuántica y las fluctuaciones cuánticas en la descripción. De hecho, resulta que el sólido en forma de panal y su inusual comportamiento de congelación se ven facilitados por tales fluctuaciones cuánticas, y no existiría de otra manera ".

El estudio realizado por Pohl, Zhang y Maucher presentan un nuevo tipo de estado supersólido, cuales, como sugieren sus hallazgos, podría remontarse a los efectos de las fluctuaciones cuánticas en los condensados ​​dipolares. En el futuro, planean investigar estos hallazgos más a fondo y realizar más estudios centrados en los condensados ​​dipolares de Bose-Einstein. Mientras tanto, otros equipos de investigación también están explorando el comportamiento de los fluidos cuánticos dipolares, tanto en teoría como en experimentos.

"Muy recientemente, tres grupos experimentales de la Universidad de Stuttgart, la Universidad de Florencia y la Universidad de Innsbruck han observado de forma independiente la formación de gotitas cuánticas supersólidas a escala micrométrica alineadas en matrices regulares, ", Dijo Zhang." Estos logros experimentales proporcionan una perspectiva prometedora, y será una cuestión importante aclarar en qué condiciones se pueden observar nuestras predicciones teóricas con átomos dipolares. Seguramente, Los fluidos cuánticos dipolares se han convertido en una nueva plataforma emocionante para el comportamiento supersólido que continuará desafiando nuestra comprensión y revelando sorpresas y nuevos conocimientos sobre este fascinante estado cuántico de la materia ".

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