DEn nuestra vida diaria, la materia puede aparecer en cuatro estados clásicos: sólido, líquido, gaseoso y plasma.
Pero los científicos llevan mucho tiempo interesados en los llamados estados “exóticos” de la materia, que se forman a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273,15 grados Celsius), a niveles de energía muy altos o a niveles de gravedad y densidad extrema como en los agujeros negros. .
En estas condiciones, la materia presenta propiedades físicas o comportamientos muy diferentes a los observados en los estados clásicos.
Sin viscosidad
Así, los fluidos normales (líquidos y gases) tienen una mayor o menor resistencia al flujo, llamada viscosidad; por ejemplo, el aceite es más viscoso que el agua.
Los superfluidos no tienen viscosidad: fluyen sin pérdida de energía, lo que les permite circular indefinidamente en un recipiente sin ralentizarse.
Hace más de 50 años, los físicos predijeron la existencia de un estado supersólido. En él, la materia presenta tanto las propiedades de un sólido clásico, con estructura cristalina, como las de un superfluido, donde una fracción de los átomos fluye sin viscosidad a través de la red sólida.
Estrellas de neutrones
Ya se habían obtenido imágenes de la estructura cristalina de estos supersólidos, pero hasta ahora su superfluidez sólo se había deducido a partir de diversas observaciones.
“A nuestro trabajo aún le faltaba la observación directa de una de las propiedades características y fundamentales de la superfluidez: el flujo sin rotación”, subraya Francesca Ferlaino, que dirigió la investigación publicada el miércoles en Nature.
“Imagínate que te tomas una taza de café y le das una pequeña vuelta con una cuchara. Veremos el café girando alrededor del centro, un ejemplo clásico de vórtice en un fluido ordinario”, explica a la AFP el físico de la Universidad de Innsbruck (Austria).
Si sustituimos el café por un superfluido, no gira con la cuchara, queda perfectamente quieto como si nada lo hubiera perturbado.
“Sin embargo, si giras la cuchara más rápido, en lugar de formar un gran remolino en el centro, comienzan a aparecer una serie de remolinos más pequeños (llamados vórtices cuantificados). Son como pequeños agujeros en el fluido, cada uno de los cuales gira a una velocidad específica, que se organizan en hermosos patrones regulares en la superficie del superfluido, casi como los agujeros en un trozo de queso suizo”, continúa Ferlaino.
Un fenómeno creado y observado
Su equipo logró crear y observar estos vórtices cuantificados en el laboratorio. Una hazaña particularmente difícil de lograr.
En 2021, el equipo de Innsbruck ya había conseguido crear un supersólido de larga duración enfriando determinados átomos y moléculas a temperaturas muy bajas.
Luego tuvimos que encontrar una manera de agitar este supersólido sin destruir su estado frágil. Los investigadores utilizaron campos magnéticos para hacerlo girar con cuidado. Lo que resultó en la formación de vórtices cuantificados.
Este trabajo proporciona “una prueba contundente y directa de la naturaleza dual de un estado supersólido”, subraya Ferlaino.
También permitirán observar en laboratorio fenómenos físicos que sólo ocurren en la naturaleza en condiciones extremas.
Es como recrear lo que ocurre en el corazón de las estrellas de neutrones, estas estrellas extremadamente densas y compactas que nacen del colapso de estrellas masivas.
“Se supone que las variaciones de la velocidad de rotación en las estrellas de neutrones –llamadas fallas técnicas– son causadas por superfluidos atrapados en su interior. Nuestra plataforma ofrece la oportunidad de simular fenómenos de este tipo aquí en la Tierra”, explica en un comunicado de prensa el investigador Thomas Bland, que participó en el estudio.
