Físicos convierten el gas cuántico en súper sólido

Pronosticada hace cinco décadas, la supersolidez es una fase exótica de la materia en la que coexisten la superfluidez y el orden cristalino. Combinando teoría y experimentos, un equipo de físicos de Austria demostró que los gases cuánticos dipolares de dos metales de lantánidos - erbio y disprosio - mantienen un estado con propiedades supersólidas. Varias decenas de miles de partículas se organizan espontáneamente en una estructura cristalina autodeterminada mientras comparten la misma función de onda macroscópica - sellos de supersolidez. Crédito de la imagen: Universidad de Innsbruck.

En un supersólido, los átomos están dispuestos en un patrón cristalino mientras que al mismo tiempo se comportan como un superfluido, en el cual las partículas se mueven sin fricción. "Aunque 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 los que tienen fuertes interacciones dipolares", aseguraron la Dra. Lauriane Chomaz, del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck, y sus colegas. "Experimentos recientes han revelado que estos gases presentan 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 de supersolidez". Los dos supersólidos fabricados por el equipo fueron creados usando gases cuánticos erbiosos y disprosivos.

"Hemos creado experimentalmente estados que muestran estas características de supersolidez al ajustar la fuerza de interacción entre las partículas, tanto en los gases cuánticos del erbio como en los del disfuncionamiento", dijeron los científicos. "Mientras que en el erbio el comportamiento supersólido es sólo transitorio, la realización de nuestro disprosium muestra una estabilidad sin precedentes", dijo la Dra. Francesca Ferlaino, autora principal de la Universidad de Innsbruck y del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia Austriaca de Ciencias.

"Aquí, el comportamiento supersólido no sólo vive mucho tiempo, sino que también se puede lograr directamente mediante el enfriamiento evaporativo, a partir de una muestra térmica." "Como soplar sobre una taza de té, el principio aquí es remover las partículas que transportan la mayor parte de las energías para que el gas se enfríe más y más y finalmente alcance un estado estacionario cuántico-degenerado con propiedades supersólidas en equilibrio térmico." "Esto ofrece interesantes perspectivas para experimentos y teorías de futuro cercano, ya que el estado supersólido en este entorno se ve poco afectado por la dinámica disipativa o las excitaciones, allanando así el camino para sondear su espectro de excitación y su comportamiento superfluo". Los resultados fueron publicados en la revista Physical Review X. L. Chomaz et al. 2019. Comportamientos Supersólidos Largo Plazo y Transitorios en Gases Cuánticos Dipolares.