Los investigadores han logrado un gran avance en la física cuántica al observar la transición de un estado superfluido de la materia a un supersólido (y luego revertir) por primera vez. Este cambio de fase reversible, detallado en un estudio de Nature del 28 de enero, confirma una posibilidad previamente teórica y abre nuevas vías para comprender estados exóticos de la materia.
El extraño mundo de las fases cuánticas
La mayoría de la gente está familiarizada con tres fases comunes: sólida, líquida y gaseosa. Sin embargo, en condiciones extremas, la materia puede existir en muchos otros estados. Los superfluidos son un ejemplo de ello: fluyen sin ninguna resistencia, incluso formando vórtices cuánticos perpetuos cuando se agitan, y aparecen solo a temperaturas justo por encima del cero absoluto.
Los supersólidos, que se teoriza que surgen de superfluidos aún más fríos, combinan viscosidad cero con orden cristalino. A diferencia de los líquidos típicos, las partículas de un supersólido se organizan en una red manteniendo su capacidad de fluir y formar vórtices cuánticos.
El experimento y los hallazgos clave
Los intentos anteriores de crear supersólidos se basaron en la manipulación externa para forzar a las partículas a entrar en una estructura reticular. Esta nueva investigación demuestra una transición de fase natural: el superfluido se organiza espontáneamente en un supersólido en las condiciones adecuadas.
Para lograr esto, el equipo intercaló dos láminas de grafeno y las expuso a un fuerte campo magnético, creando una “sopa de excitones”. Los excitones, cuasipartículas formadas a partir de pares de electrones y huecos, se comportaron inesperadamente cuando el sistema se enfrió.
De superfluido a supersólido
A temperaturas entre 1,5 y 4 °C (2,7 y 7,2 °F) por encima del cero absoluto, los excitones formaron un superfluido. Un enfriamiento adicional indujo un cambio a una fase eléctricamente aislante, que los investigadores creen que es un verdadero estado supersólido.
Como explicó Jia Li, físico de la Universidad de Texas en Austin: “La observación de una fase aislante que se funde en un superfluido no tiene precedentes. Esto sugiere fuertemente que la fase de baja temperatura es un excitón sólido muy inusual”.
Por qué esto es importante
Este descubrimiento es importante porque valida predicciones teóricas fundamentales sobre el comportamiento de la materia a temperaturas extremas. La capacidad de inducir naturalmente esta transición de fase sugiere una estabilidad inherente más profunda en estos estados exóticos.
Las implicaciones van más allá de la pura física. Comprender los supersólidos podría desbloquear nuevas tecnologías: los materiales con resistencia cero podrían revolucionar la transmisión de energía, mientras que las propiedades únicas de estas fases podrían conducir a nuevos dispositivos cuánticos.
¿Qué sigue?
El equipo planea explorar otros materiales y perfeccionar las técnicas de medición para caracterizar mejor el estado supersólido del excitón. Cory Dean, físico de la Universidad de Columbia, afirmó que “Por ahora, estamos explorando los límites alrededor de este estado aislante, mientras construimos nuevas herramientas para medirlo directamente”.
Esta investigación no se trata sólo de presenciar un fenómeno extraño; se trata de ampliar los límites de nuestra comprensión de la materia y allanar el camino para futuros avances tecnológicos.
En última instancia, este descubrimiento confirma que el universo guarda sorpresas aún más extrañas de las que imaginamos anteriormente y que la búsqueda para comprender sus leyes fundamentales está lejos de terminar.
