Demuestran la coexistencia de superfluidos en nubes atómicas ultrafrías

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Hasta ahora, su coexistencia no podía observarse experimentalmente.

Ahora, sin embargo, físicos de la Universidad de Heidelberg han demostrado un fluido cuántico magnético de este tipo, es fluido de dos maneras, en un gas atómico.

Los investigadores dirigidos por el Prof. Dr. Markus Oberthaler han logrado preparar este estado en nubes de átomos de rubidio ultrafríos y caracterizarlo en detalle.

Los fluidos, tal como los conocemos en la vida diaria, no fluyen sin resistencia.

Se necesitan grandes bombas y turbinas para mover el agua, y la miel fluye lentamente de una cuchara.

Esto es causado por la fricción interna del fluido, a través de la cual la energía de movimiento finalmente se convierte en calor.

Esto puede ser radicalmente diferente en un fluido cuántico, algo que está estrechamente relacionado con el fenómeno de la condensación de Bose-Einstein.

Un condensado de Bose-Einstein (BEC) es un estado mecánico cuántico especial de un gas atómico que se alcanza a temperaturas muy frías.

Una nube de átomos individuales en este estado se comporta colectivamente como un solo fluido.

Este fluido cuántico puede fluir sin resistencia, es superfluido.

Según el profesor Oberthaler, en las últimas décadas se crearon condensados atómicos de Bose-Einstein a partir de tipos muy diferentes de átomos como el sodio y el rubidio, pero más recientemente también a partir de átomos más “exóticos” como el erbio y el disprosio.

Sin embargo, la mayoría de estos átomos también exhiben grados de libertad internos: tienen un giro y se comportan como pequeños imanes.

Esto, en principio, también puede dar lugar al fenómeno de la condensación de Bose-Einstein, pero aún no se ha observado experimentalmente, como explica Markus Oberthaler, investigador del Instituto Kirchhoff de Física.

Esta demostración ahora se ha hecho posible con una nube ultrafría de átomos de rubidio.

Por lo general, un condensado de Bose-Einstein se prepara mediante el llamado enfriamiento por evaporación.

Esto funciona de manera muy similar al enfriamiento del café en una taza al soplarlo.

Los átomos más rápidos en la superficie del café son arrastrados y uno espera hasta que los átomos restantes descansen a una temperatura más fría.

Esto es extremadamente difícil para el espín, razón por la cual los físicos de Heidelberg eligieron otro método.

“Inicializamos el sistema lejos del equilibrio y esperamos hasta que los átomos de rubidio alcanzaran un nuevo estado de equilibrio.

Lo que al principio parecía menos intuitivo resultó ser extremadamente eficiente”, afirma el Dr. Maximilian Prüfer.

Para crear y rastrear este estado, los investigadores utilizaron métodos únicos de detección y perturbación especialmente desarrollados para este propósito.

Observaron que no solo el grado de libertad de movimiento se volvió superfluido, sino también el giro.

Los fluidos cuánticos magnéticos pueden volverse extremadamente fluidos de dos maneras.

“Nuestros nuevos métodos de investigación nos permiten no solo caracterizar el condensado, sino que también nos permitirán comprender mejor el camino desde el no equilibrio hasta ese estado”, explica Markus Oberthaler, jefe del grupo de investigación “Synthetic Quantum Systems”.

Los físicos experimentales colaboraron con el grupo de investigación del Prof. Dr. Jürgen Berges en el Instituto de Física Teórica para calcular las predicciones teóricas de los observables experimentales.

Para lograr la concordancia entre los cálculos y los resultados del experimento, se tuvo que suponer una temperatura extremadamente fría.

“Eso nos sorprendió a todos y será el tema de futuras investigaciones para una verificación independiente”, afirman los autores del artículo.

Fuente: Uni-Heidelberg