Por primera vez, los investigadores han transformado la luz en un «supersólido», un extraño estado de la materia que es sólido y líquido al mismo tiempo.
Aunque los científicos ya han creado supersólidos a partir de átomos anteriormente, éste es el primer caso de unión de luz y materia para crear un supersólido y abre nuevas puertas para el estudio de la física de la materia condensada, explicaron los investigadores en un artículo publicado el 5 de marzo en la revista Nature.
Pero ¿qué es exactamente un supersólido y por qué es tan emocionante este nuevo descubrimiento? Aquí tienes todo lo que necesitas saber.
¿Por qué los supersólidos son tan fríos?
Los supersólidos requieren temperaturas extremadamente bajas para formarse, generalmente muy cercanas al cero absoluto (-273,15 grados Celsius). La mayoría de las partículas deben ocupar el estado de energía más bajo disponible, y el calor las hace saltar como niños pequeños jugando en una piscina de bolas.
Si un material está lo suficientemente frío, la temperatura ya no oculta cómo interactúan las partículas entre sí. En cambio, los pequeños efectos de la mecánica cuántica se convierten en los factores que definen el comportamiento del material.
Imaginemos que los niños pequeños se han ido a casa y que la piscina de bolas se ha calmado. Ahora podemos estudiar con tranquilidad cómo interactúan los componentes individuales de la piscina para definir sus características.
¿Cómo puede un fluido no tener viscosidad?
La viscosidad mide la facilidad con la que un fluido cambia de forma. Un fluido con mayor viscosidad tiende a adherirse más y, por lo tanto, a resistir el movimiento, como ocurre con el jarabe, que se mueve con mayor lentitud al verterse de un recipiente en comparación con el agua que sale del grifo. Todos los fluidos, excepto los superfluidos y los supersólidos, tienen cierto grado de viscosidad.
El ejemplo más conocido de un fluido sin viscosidad es el helio enfriado a temperaturas de unos pocos grados por encima del cero absoluto. Las partículas no están completamente quietas en el cero absoluto; oscilan ligeramente debido al principio de incertidumbre. En el caso del isótopo helio-4, oscilan considerablemente, lo suficiente como para imposibilitar que una muestra de helio-4 se solidifique en el cero absoluto, a menos que se aplique una presión equivalente a unas 25 atmósferas para compactar las partículas.
La oscilación del helio-4 en el cero absoluto y otros fenómenos cuánticos provocan cambios drásticos en el comportamiento del fluido. Deja de tener fricción (y, por lo tanto, no tiene viscosidad) y puede extraerse rápidamente de los contenedores, entre otras cosas.
¿Cómo podemos convertir la luz en un sólido?
Ya se han formado supersólidos a partir de gases atómicos. Sin embargo, la nueva investigación empleó un mecanismo novedoso basado en las propiedades de los sistemas de "polaritones".
Los polaritones se forman mediante el acoplamiento de fotones (luz) y cuasipartículas como los excitones mediante fuertes interacciones electromagnéticas. Sus propiedades les permiten condensarse al estado de energía más bajo posible, de forma similar a algunos gases atómicos. En otras palabras, la luz se acopla con la materia y, juntas, pueden condensarse en un supersólido.
¿Por qué son útiles los supersólidos?
Los supersólidos son importantes para estudiar porque muestran los efectos de diminutas interacciones cuánticas entre partículas sin que la temperatura interfiera. Al mapear el comportamiento y las características de los supersólidos, en realidad observamos cómo se unen los átomos y las partículas. Esto nos enseña sobre el mundo en el que vivimos a un nivel fundamental.
Con más investigación y desarrollo, los supersólidos podrían utilizarse para la computación cuántica, los superconductores, los lubricantes sin fricción y otras aplicaciones que aún no hemos empezado a considerar. Hay muchísimas posibilidades por descubrir, y crear un supersólido a partir de la luz es un gran avance.
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