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| El trabajo actual muestra que calentar el líquido cuántico puede conducir a la formación de un cristal cuántico. Crédito: Universidad de Innsbruck |
El movimiento térmico de las partículas aumenta a medida que se eleva la temperatura de un material. Este aumento de la energía térmica suele provocar la fusión de un sólido en un líquido, lo que a su vez provoca la vaporización del líquido en una fase gaseosa de la materia.
Sin embargo, en el mundo cuántico ocurre lo contrario. En un trabajo conjunto, un equipo experimental dirigido por Francesca Ferlaino en Innsbruck (Austria) y un equipo teórico dirigido por Thomas Pohl en Aarhus (Dinamarca) muestran cómo un líquido cuántico forma estructuras supersólidas al calentarse.
Un supersólido es una fase exótica de la materia en la que las partículas desarrollan un orden espacial regular y, al mismo tiempo, soportan el flujo sin fricción de un superfluido. Tras varias décadas sin verificarse experimentalmente, la supersolidez puede observarse ahora en condensados de Bose-Einstein de átomos ultrafríos con interacciones de rango finito.
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| Formación de supersolidez impulsada por la temperatura. Calentar un fluido cuántico dipolar puede conducir a la aparición de una fase supersólida de la materia, como se ilustra esquemáticamente en c. Crédito: Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37207-3 |
Tres equipos de investigación, entre ellos uno dirigido por Francesca Ferlaino, del Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck y el Instituto AW de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) de Innsbruck, pudieron demostrar de forma concluyente este estado por primera vez en gases cuánticos ultrafríos en 2019.
En 2021, el equipo de Francesca Ferlaino estudió el ciclo de vida de los estados supersólidos en un gas dipolar de átomos de disprosio. Observaron algo inesperado: Los datos sugerían que el aumento de temperatura favorece la formación de estructuras supersólidas.
Claudia Politi, del equipo de Francesca Ferlaino, declaró: "Este sorprendente comportamiento supuso un importante impulso para la teoría, que hasta entonces había prestado poca atención a las fluctuaciones térmicas en este contexto."
Los científicos de Innsbruck, en colaboración con el grupo teórico danés dirigido por Thomas Pohl, exploraron el efecto de la función térmica. Desarrollaron un modelo teórico que puede explicar los resultados experimentales y subrayaron la tesis de que el calentamiento del líquido cuántico puede conducir a la formación de un cristal cuántico. El modelo teórico muestra que, a medida que aumenta la temperatura, estas estructuras pueden formarse con mayor facilidad.
Francesca Ferlaino declaró: "Con el nuevo modelo, disponemos por primera vez de un diagrama de fases que muestra la formación de un estado supersólido en función de la temperatura. El sorprendente comportamiento, que contradice nuestra observación cotidiana, surge de la naturaleza anisótropa de la interacción dipolo-dipolo de los átomos fuertemente magnéticos del disprosio".
El estudio podría ayudar a comprender mejor los estados supersólidos de la materia..
Fuentes, créditos y referencias: