Revuelven por primera vez una extraña materia "supersólida"

Un grupo de científicos logró revolver por primera vez la extraña materia "supersólida", que es rígida y líquida a la vez, y pudo demostrar directamente la naturaleza dual de esta rareza cuántica, según detalla un estudio publicado este miércoles (06.11.2024) por la revista Nature.

En la vida cotidiana existen cuatro estados de la materia: sólido, líquido, gaseoso y el plasma, el más raro. Pero también existen otros estados "exóticos", que se crean a niveles de energía increíblemente altos o a temperaturas tan frías que se aproximan al cero absoluto (-273,15 grados Celsius).

Cambios de comportamiento en ambientes extremos

Bajo estas condiciones extremas, la materia empieza a comportarse de forma muy distinta. Los fluidos como el líquido o el gas pueden oponer más o menos resistencia al flujo, lo que se mide por la viscosidad. La miel, por ejemplo, es más viscosa que el agua.

Los llamados "superfluidos", una materia exótica extremadamente fría, tienen viscosidad cero: no oponen resistencia, por lo que fluyen libremente. De agitarse en una taza, estos fluirían indefinidamente sin disminuir su velocidad.

Combinación entre sólidos y superfluidos

Pero también existe el estado de los "supersólidos". Se trata de una materia que reúne las propiedades de un sólido y de un superfluido, en la que una fracción de los átomos fluye sin fricción a través de la red -una distribución regular de puntos u objetos- de una estructura cristalina rígida.

Los investigadores ya habían visto estas estructuras cristalinas en el interior de los supersólidos de varias formas. Sin embargo, la observación directa de la extraña forma en que fluye esta materia seguía siendo esquiva, plantean los autores.

Observaron vórtices cuánticos

El equipo logró agitar un supersólido para observar los diminutos remolinos -llamados vórtices cuánticos- que son la "pistola humeante de la superfluidez", explicó la coautora Francesca Ferlaino, física de la Universidad austriaca de Innsbruck.

"Imagina que tienes una taza de café y formas un pequeño remolino con una cuchara. Verás que el café gira alrededor del centro y, si te fijas bien, puede haber un remolino en el centro, donde el líquido gira más rápido. Es un ejemplo clásico de vórtice en un fluido normal", ejemplifica la experta.

Ahora imaginemos que el café se sustituye por un superfluido: "Si hacemos girar la cuchara lentamente, nos sorprenderá ver que el superfluido no gira en absoluto junto con la cuchara: permanece perfectamente quieto, como si nada lo hubiera perturbado", explica.

Como agujeros de un queso "perfectamente organizados"

Sin embargo, agrega la académica, "si se agita la cuchara más deprisa, en lugar de formarse un gran remolino en el centro, ocurre algo extraordinario: empiezan a aparecer una serie de remolinos diminutos, vórtices cuánticos".

Son como "pequeños agujeros en el fluido, cada uno de los cuales gira a una velocidad específica. Se organizan en patrones hermosos y regulares a través de la superficie del superfluido, casi como los agujeros de un trozo de queso Gruyere, pero perfectamente organizados", afirma Ferlaino.

Implicancias del hallazgo

Los investigadores afirman que este avance permitirá simular en el laboratorio fenómenos que normalmente solo se producen en condiciones realmente extremas. Por ejemplo, lo que ocurre en el corazón de las estrellas de neutrones, los núcleos increíblemente densos y compactos que quedan cuando las estrellas masivas se convierten en supernovas.

Se supone que "el cambio en la velocidad de rotación observado en las estrellas de neutrones -llamados glitches- es causado por vórtices superfluidos atrapados en el interior de las estrellas de neutrones", afirma en un comunicado de la universidad austriaca Thomas Bland, que ha trabajado en el proyecto.

JU (afp, Nature, Univerisdad de Innsbruck)