septiembre 22, 2021

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El flujo 2D ‘supersólido’ sin fricción se hizo por primera vez

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En un logro significativo, los físicos produjeron un supersólido bidimensional en el laboratorio por primera vez.

Esto puede parecer increíblemente bendecido, pero es una hazaña en la que los investigadores han estado trabajando durante más de 50 años. Los supersólidos son materiales extraños con átomos dispuestos en la estructura ordenada de un sólido, pero pueden fluir sin fricción como un superfluido.

Dos años atrás, los físicos crearon con éxito supersólidos usando átomos magnéticos ultrafríos … pero solo en una dimensión. Ahora, un equipo de investigadores austriacos ha logrado crear la estructura cristalina en 2D por primera vez; el resultado permitirá a los físicos probar y experimentar algunos de los fenómenos científicos de materiales más extraños que existen.

“Para imaginar un supersólido, considere un cubo de hielo sumergido en agua líquida, con un flujo de agua sin fricción a través del cubo”, escribe el físico Bruno Laburthe-Tolra, del Laboratorio de Física Láser de París. en un artículo de noticias y vistas publicado junto con el nuevo artículo en Naturaleza hoy dia.

Esta extraña dualidad significa que los supersólidos se denominan mecánica cuántica. Estado de la materia.

Eso es porque, al igual que con otros fenómenos cuánticos (piense en el entrelazamiento o el gato de Schrödinger), las partículas en estado supersólido están encerradas en una estructura sólida rígida, pero también deslocalizadas al mismo tiempo, lo que les permite comportarse como una onda y fluir libremente sin fricción en todo el sólido.

La supersolidez se predijo por primera vez en 1969 y se ha estudiado durante mucho tiempo en el helio superfluido, que se consideró el mejor candidato para encontrar pruebas de una estructura cristalina sólida con las propiedades de un superfluido. Sin embargo, a pesar de décadas de investigación, la supersolidez en el helio sigue siendo esquiva.

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Más recientemente, los investigadores han centrado su atención en los gases cuánticos ultrafríos: nubes de átomos fuertemente magnéticos que se enfrían muy por debajo del cero absoluto. El hecho de que estos átomos estén magnetizados significa que interactúan de formas únicas que pueden conducir a este extraño estado mecánico cuántico de supersolidez.

“Normalmente, uno pensaría que cada átomo se encontraría en una gota específica, sin forma de interponerse entre ellos”. dice el físico involucrado en el nuevo descubrimiento Matthew Norcia de la Universidad de Innsbruck, Austria.

“Sin embargo, en el estado supersólido, cada partícula está deslocalizada en cada gota, existiendo simultáneamente en cada gota. Básicamente, tienes un sistema con una serie de regiones de alta densidad (las gotas) que comparten los mismos átomos deslocalizados”.

Mientras que el equipo austríaco, dirigido por la física cuántica Francesca Ferlaino de la Universidad de Innsbruck y la Academia de Ciencias de Austria, uno de varios para crear una cadena de gotitas a lo largo de una dimensión que supersolidez demostrada en 2019, necesitaban ajustar su modelo magnético para crear una versión 2D, con dos o más filas de gotas.

Este último logro revela los fenómenos que pueden estudiar con estas extrañas nubes de gas.

“Por ejemplo, en un sistema súper sólido bidimensional, se puede estudiar cómo se forman los vórtices en el orificio entre varias gotas adyacentes”. dice Norcia.

“Estos vórtices descritos en teoría aún no se han demostrado, pero representan una consecuencia importante de la superfluidez”.

Todavía hay mucho que aprender sobre este extraño gas cuántico súper sólido; por ejemplo, los investigadores no están seguros de poder hacer un supersólido más grande, ya que el estado de la materia es increíblemente sensible a la trampa magnética que crearon.

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Pero por ahora, el hecho de que el equipo haya logrado crear el primer súper sólido 2D es una gran hazaña en sí misma, una que conducirá inevitablemente a una mayor comprensión de este extraño estado de la materia y de las fuerzas cuánticas invisibles que gobiernan nuestra realidad.

La busqueda fue publicado en Naturaleza.

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