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Físicos convierten gas cuántico en supersólido


Como se predijo hace cinco décadas, el supersolido es una fase exótica de la materia donde coexisten la superfluidez y el orden cristalino. Al combinar la teoría y los experimentos, un equipo de físicos de Austria demostró que los gases cuánticos dipolares de dos metales lantánidos, erbio y disprosio, respaldan un estado con propiedades supersólidas.

En un supersólido, los átomos están dispuestos en un patrón cristalino y al mismo tiempo se comportan como un superfluido, en el que las partículas se mueven sin fricción.

"Si bien la mayor parte del trabajo se ha centrado en lograr la supersolidez en el helio, los investigadores han recurrido recientemente a los gases atómicos, en particular a aquellos con fuertes interacciones dipolares", dijo la Dra. Lauriane Chomaz, primera autora del estudio, del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck y sus colegas.

“Experimentos recientes han revelado que tales gases exhiben similitudes fundamentales con el helio superfluido. Estas características sientan las bases para alcanzar un estado con modulación de densidad espontánea y coherencia de fase global, que son indicadores del supersólido".

El experimento
Los dos supersólidos creados por el equipo se hicieron utilizando gases cuánticos de erbio y disprosio.

"Creamos experimentalmente estados que mostraban estas características de un supersolido al ajustar la fuerza de interacción entre las partículas, tanto en los gases cuánticos de erbio como en los gases cuánticos de disprosio", dijeron los científicos.

"Mientras que en el elemento erbio, el comportamiento supersólido es solo transitorio, nuestra realización de disprosio muestra una estabilidad sin precedentes", dijo la autora principal, la Dra. Francesca Ferlaino, de la Universidad de Innsbruck y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia de Ciencias de Austria.

"Aquí, el comportamiento supersólido no sólo dura un periodo de tiempo prolongado, sino que también se puede lograr directamente mediante el enfriamiento por evaporación, a partir de una muestra térmica".

"Igual que al soplar una taza de té, el principio aquí es eliminar las partículas que transportan la mayor parte de las energías para que el gas se enfríe más y, finalmente, alcance un estado estacionario de degeneración cuántica con propiedades supersólidas en equilibrio térmico".

"Esto ofrece interesantes perspectivas para experimentos y teorías en el futuro cercano, ya que el estado supersólido en este entorno se ve poco afectado por las dinámicas disipativas o las excitaciones, allanando así el camino para explorar su espectro de excitación y su comportamiento superfluido".

Referencia del documento científico:
L. Chomaz et al. 2019. Comportamientos supersólidos de larga duración y transitorios en gases cuánticos dipolares. Fis. Rev. X 9 (2): 021012; doi: 10.1103 / PhysRevX.9.021012

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