Nuevo supersólido es tres estados de la materia a la vez

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Se aprenden tres o cuatro estados de la materia en la escuela: los sólidos, que tienen forma y volumen, líquidos, que sólo tienen un volumen, y gases y plasmas, que no tienen forma ni volumen definido.

Pero usando las leyes de la física, puede crear sustancias increíbles que no se comportan como las que aprende en química.

Esto incluye una sustancia que se comporta como un cristal sólido y un líquido sin fricción, que fluye perfectamente al mismo tiempo.

Ahora, grupos de investigadores estadounidenses y suizos han creado este extraño nuevo “supersólido” de dos maneras diferentes.

No es como si hubieran creado algo que pudiera tener en la mano: estos son materiales de alta ingeniería que existen en cámaras de vacío ultra-compactas.

Pero ha habido una especie de carrera para crear supersólidos, que nos ayudará a entender la naturaleza de la materia misma.

“Nuestro objetivo es descubrir nuevos materiales con nuevas propiedades, que la gente ni siquiera sabe que son posibles”, dijo Wolfgang Ketterle, profesor de física en el MIT.

“Queremos hacer materiales que nunca han existido en la Tierra”.

Cada equipo creó su supersólido de forma diferente, pero ambos grupos comenzaron convirtiendo átomos en un “condensado Bose-Einstein”, un gas híper frío formado por átomos con números pares de electrones.

Tener números pares de electrones (o el mismo número de electrones que protones) significa que los átomos tienen un valor de spin de número entero, una propiedad mecánica cuántica que puede asumir la mitad o valores enteros.

Los átomos con valores de spin de número entero se llaman bosones, que las leyes de la física dicen que pueden ocupar el mismo espacio.

Estos gases fríos, por lo tanto, comienzan a mostrar los efectos extraños de la mecánica cuántica en una escala macroscópica, como fluir sin ninguna resistencia.

Es un campo que Ketterle conoce bastante; creó uno de los primeros condensados de Bose-Einstein y ganó el premio Nobel de física en 2001.

¿Cómo una sustancia que fluye como un líquido también se considera un sólido? Bueno, la estructura mantendría una forma regular y rígida como un sólido.

Al mismo tiempo, cualquier cambio en el cristal, como un átomo perdido, fluiría directamente a través de la forma sin ninguna resistencia, explica el físico Kaden Hazzard de la universidad de Rice.

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El equipo del MIT utilizó láseres para alterar el valor del giro de la mitad de los átomos en su material, que estaba hecho de sodio, creando dos condensados Bose-Einstein diferentes al mismo tiempo.

Observaron que la densidad de su sólido se manifestaba en rayas, y cuando hacían brillar una luz en su material, rebotaba fuera de él como si hubiera alcanzado una rejilla.

Esto convenció al equipo de Ketterle de que habían creado su codiciado nuevo material, y publicaron su resultado el miércoles en la revista Nature.

El grupo de ETH Zurich en Suiza utilizó un enfoque diferente para impartir las propiedades rígidas de un sólido.

Mantienen su condensado, de átomos de rubidio, en una cavidad entre pares de espejos con partículas de luz, fotones, rebotando hacia adelante y hacia atrás.

Esto hizo que la luz se dispersara entre los átomos, que finalmente formó el patrón cristalino regular. El mismo día publicaron su resultado en Nature.

Son materiales altamente diseñados que no muestran sus características “sólidas” en todas las dimensiones. Eso los hace aún más extraños, si lo piensa.

“Nuestro material … está desdibujando lo que la gente aprende en la escuela secundaria acerca de las tres fases de la materia. Combina propiedades de un gas, sólido y un líquido. ”

Otros físicos quedaron impresionados por las creaciones de los grupos.

Katterle estaba emocionado de que ambos grupos hubieran lanzado sus descubrimientos al mismo tiempo, lo que significa que hay mucho trabajo sobre los materiales en el campo.

Las formas de materia como estas demuestran cuánto más tenemos que entender acerca de cómo funciona nuestro universo.

“Lo que nos motiva es que una vez que es posible, entonces la gente sabe que las leyes de la naturaleza nos permiten realizar esos materiales”, dijo Ketterle.

“Esperamos que de 10 a 20 años se pueda crear un supersólido que exista fuera de una cámara de vacío”.

Fuente: Gizmodo