La materia cuántica puede ser sólida y fluida al mismo tiempo, una situación conocida como supersolidez. Los investigadores dirigidos por Francesca Ferlaino han creado por primera vez esta fascinante propiedad en dos dimensiones. Ahora informan en la revista Naturaleza sobre la realización de la supersolidez a lo largo de dos ejes de un gas cuántico ultrafrío. El experimento ofrece muchas posibilidades para una mayor investigación de este exótico estado de la materia.

Los gases cuánticos son muy adecuados para investigar las consecuencias microscópicas de las interacciones en la materia. Hoy dia, los científicos pueden controlar con precisión partículas individuales en nubes de gas extremadamente frías en el laboratorio, revelando fenómenos que no se pueden observar en el mundo cotidiano. Por ejemplo, los átomos individuales en un condensado de Bose-Einstein están completamente deslocalizados. Esto significa que existe el mismo átomo en cada punto dentro del condensado en un momento dado. Hace dos años, el grupo de investigación dirigido por Francesca Ferlaino del Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia de Ciencias de Austria en Innsbruck logró por primera vez generar estados supersólidos en gases cuánticos ultrafríos de magnéticos átomos. La interacción magnética hace que los átomos se autoorganicen en gotitas y se organicen en un patrón regular.

"Normalmente, pensarías 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 está deslocalizada en todas las gotas, existiendo simultáneamente en cada gota. Así que básicamente, tienes un sistema con una serie de regiones de alta densidad (las gotitas) que comparten los mismos átomos deslocalizados ”. Esta extraña formación permite efectos como el flujo sin fricción a pesar de la presencia de orden espacial (superfluidez).

Nuevas dimensiones, nuevos efectos para explorar

Hasta ahora, Los estados supersólidos en los gases cuánticos solo se han observado como una cadena de gotitas (a lo largo de una dimensión). "En colaboración con los teóricos Luis Santos en Leibniz Universität Hannover y Russell Bisset en Innsbruck, ahora hemos extendido este fenómeno a dos dimensiones, dando lugar a sistemas con dos o más filas de gotas, "explica Matthew Norcia. Esto no es solo una mejora cuantitativa, pero también amplía de manera crucial las perspectivas de investigación. "Por ejemplo, en un sistema supersólido bidimensional, se puede estudiar cómo se forman los vórtices en el agujero entre varias gotas adyacentes, ", dice." Estos vórtices descritos en teoría aún no se han demostrado, pero representan una consecuencia importante de la superfluidez, “Francesca Ferlaino ya está mirando hacia el futuro. El experimento que ahora se informa en la revista Nature crea nuevas oportunidades para investigar más a fondo la física fundamental de este fascinante estado de la materia.

Nuevo campo de investigación:Supersólidos

Predicho hace 50 años, La supersolidez con sus sorprendentes propiedades se ha investigado extensamente en el helio superfluido. Sin embargo, después de décadas de investigación teórica y experimental, aún faltaba una prueba clara de supersolidez en este sistema. Hace dos años, grupos de investigación en Pisa, Stuttgart e Innsbruck lograron independientemente por primera vez crear los llamados supersólidos a partir de átomos magnéticos en gases cuánticos ultrafríos. La base de lo nuevo, El creciente campo de investigación de los supersólidos es la fuerte polaridad de los átomos magnéticos, cuyas características de interacción permiten la creación de este paradójico estado mecánico cuántico de la materia en el laboratorio.