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Un gas cuántico bidimensional puede ser sólido y fluido al mismo tiempo

La materia cuántica puede ser sólida y fluida al mismo tiempo, en un estado conocido como supersolidez. Un grupo de investigadores ha logrado concretar por primera vez esta fascinante propiedad en dos dimensiones: en un nuevo estudio informan sobre la realización de la supersolidez a lo largo de dos ejes de un gas cuántico ultrafrío.

Científicos de la Universidad de Innsbruck, en Austria, han concretado la propiedad cuántica conocida como supersolidez en un gas que logra ser sólido y fluido de forma simultánea y en dos dimensiones. Es la primera ocasión en la que se obtiene supersolidez bidimensional en un laboratorio. El experimento con este gas cuántico ofrece muchas posibilidades para una mayor investigación de este exótico estado de la materia.

De acuerdo a los investigadores, los gases cuánticos son ideales para descubrir las consecuencias microscópicas de las interacciones en la materia. En la actualidad es posible controlar algunas de esas interacciones, como por ejemplo manejando partículas individuales en nubes de gas con temperaturas extremadamente frías.

Estos estudios realizados en las condiciones especiales de un laboratorio revelan fenómenos que no se pueden observar en el mundo cotidiano. En el universo cuántico, por ejemplo, los átomos individuales de un compuesto pueden estar completamente deslocalizados: esto quiere decir que el mismo átomo puede existir en cada punto del compuesto en un momento específico.

Rompiendo paradigmas

El pensamiento lógico nos llevaría a entender que cada átomo debería encontrarse en una única gota o fragmento del compuesto, pero en el estado cuántico conocido como supersolidez estas características cambian por completo: cada partícula se deslocaliza a través de todas las gotas o fragmentos, existiendo simultáneamente en cada una de ellas. En consecuencia, se forma un sistema con una serie de regiones de alta densidad que comparten los mismos átomos deslocalizados.

El nuevo estado de la materia no es hipotético, tiene efectos concretos, ya que pueden obtenerse materiales que se comportan como sólidos y fluidos al mismo tiempo: una vez más, la cuántica rompe con la idea binaria del mundo clásico, de la misma forma que un cúbit puede ser 0 y 1 de manera simultánea en un ordenador cuántico.

Ahora, los investigadores austríacos lograron crear un gas cuántico en laboratorio que muestra las propiedades de la supersolidez, pero que además se presenta de manera bidimensional, una característica nunca lograda hasta el momento. El estudio fue publicado recientemente en la revista Nature.

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Hacia el mundo real

Aunque la supersolidez es un concepto con 50 años de historia, recién en 2019 diferentes grupos de investigación en Pisa, Stuttgart e Innsbruck fueron capaces de crear por primera vez materiales supersólidos, a partir de átomos magnéticos en gases cuánticos ultrafríos.

Según una nota de prensa, el nuevo estudio toma estos antecedentes pero obtiene una mejora sustancial: la bidimensionalidad. Aprovechando la fuerte polaridad de los átomos magnéticos y la forma en que interactúan, los especialistas lograron crear este estado de la materia, que vuelve a desafiar las visiones tradicionales.

El uso del gas cuántico bidimensional es por el momento una apuesta circunscripta al ámbito de los laboratorios, pero promete ampliar las investigaciones relacionadas con la supersolidez y con otros fenómenos cuánticos. Según los investigadores, esta profundización llevará a poder entender por completo estos fenómenos y hará posible trasladarlos en forma creciente al mundo macroscópico y cotidiano.

Quizás no falte demasiado para que podamos disfrutar de este tipo de propiedades, que hace algunas décadas hubieran parecido mágicas, en elementos o dispositivos de uso diario. Queda claro que la revolución cuántica será sin dudas una de las máximas transformaciones que nos ofrecerá el siglo XXI.

Referencia

Two-dimensional supersolidity in a dipolar quantum gas. Norcia, M.A., Politi, C., Klaus, L. et al. Nature (2021).DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03725-7

Foto: gas cuántico supersólido bidimensional producido por primera vez en un laboratorio. El avance permitirá ampliar las investigaciones relacionadas con la supersolidez, un estado cuántico de la materia en el cual la misma puede presentarse como un sólido y un fluido en forma simultánea. Crédito: IQOQI Innsbruck/Harald Ritsch.

Pablo Javier Piacente

Pablo Javier Piacente

Pablo Javier Piacente es periodista especializado en comunicación científica y tecnológica.

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