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Los científicos descubren el supersólido: un nuevo estado de la materia que es sólido y fluido simultáneamente

La ciencia, cuando se enseña en la escuela, habla de cuatro estados de la materia: sólido, líquido, gaseoso y plasma. Sin embargo, recientemente, los científicos han creado una sustancia que se asemeja a un cristal sólido mientras fluye como un superfluido.

El material supersólido viene con las propiedades de los sólidos y fluidos cristalinos. Ha sido creado por dos grupos independientes de americano y suizo científicos y publicado en el mismo número de Naturaleza. El equipo suizo pertenece al Instituto de Electrónica Cuántica (IQE) en ETH, Zurich, mientras que el equipo estadounidense, dirigido por el físico ganador del Premio Nobel Wolfgang Ketterle, pertenece al Instituto de Tecnología de Massachusetts.

La carrera para crear supersólidos ha estado sucediendo desde hace bastante tiempo. El supersólido diseñado no es una sustancia que se tenga en las manos; ya que solo existe en el ambiente ultra frío de las cámaras de vacío.

Mientras hablaba del avance, Wolfgang Ketterle dijo:

“Nuestro objetivo es descubrir nuevos materiales con nuevas propiedades, que la gente ni siquiera sabe que son posibles. Queremos hacer materiales que nunca hayan existido en la Tierra “.

El líquido helio-4, cuando se enfría a un rango de dos grados cerca del cero absoluto, no puede estar contenido en un recipiente abierto cuando comienza a fluir por las paredes. En 1937, el material se dio cuenta de que era un superfluido. Los científicos se han estado preguntando acerca de la existencia de supersólidos desde la década de 1950. Han pasado 60 años desde entonces, y los científicos finalmente han creado un súper sólido.

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Ambos equipos crearon el material supersólido de manera diferente. Los átomos se convirtieron primero en “condensado de Bose-Einstein”, un gas hiperfrío hecho de átomos con un número par de electrones. Los átomos que tienen un número par de electrones poseen una propiedad mecánica cuántica donde tienen un valor de giro de número entero. Dichos átomos se llaman bosones, y de acuerdo con las leyes de la física, estos átomos pueden ocupar el mismo espacio. En una escala macroscópica, estos gases fluyen sin ninguna resistencia. Ketterle fue una de las primeras personas en crear los condensados ​​de Bose-Einstein, y esta es exactamente la razón por la que ganó un Premio Nobel.

Condensado de Bose-Einstein
Fuente: Quantum Munich

El condensado de Bose-Einstein tiene las propiedades de un superfluido. Los científicos usaron láseres para convertir el superfluido en un superesólido, lo que alteró el giro de la mitad de los átomos en la sustancia. El material estaba hecho de átomos de sodio, y los láseres crearon dos condensados ​​de Bose-Einstein diferentes al mismo tiempo. Los dos tipos de material tenían una densidad que variaba en rayas. Cuando un láser incide en el material, se refleja así en una rejilla de cristal.

Configuración experimental de Ketterle
Fuente: MIT

El equipo suizo trabajó en el asunto un poco diferente. En lugar de sodio, utilizaron rubidio, y el condensado de rubidio de Bose-Einstein se colocó entre los espejos donde los fotones rebotaban de un lado a otro. Estos fotones causaron que la luz se dispersara entre los átomos de condensado, haciendo que formaran un patrón cristalino regular.

ETH, configuración del equipo de Zurich
Fuente: ETH Zurich

Ambos grupos publicaron sus hallazgos en el mismo número de Naturaleza el miércoles 8 de marzo.

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A partir de ahora, parece que no hay uso de un material que existe solo en un vacío ultrafrío, pero nos da una comprensión profunda de la física y el funcionamiento del universo, que claramente no está tan dividido como sólido, líquido, gas y plasma. Ketterle, sin embargo, espera más,

“Lo que nos motiva es que una vez que es posible, la gente sabe que las leyes de la naturaleza nos permiten realizar dichos materiales. Esperamos que dentro de 10 a 20 años influya en los diseñadores de materiales para ir más allá, y tal vez cree un supersólido que exista fuera de una cámara de vacío “.

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