13/Dic/08

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El "superglass" (supervidrio) podría ser un nuevo estado de la materia

Imagine un fluido que fluye perfectamente y no fluye en absoluto. Un maestro del Zen podría plantear un enigma así, pero en una nueva prueba teórica, los físicos han mostrado que ese estado tan paradójico de la materia puede existir

Se llama superglass, "súper" en el mismo sentido que súper conductores o súper fluidos, que significa decir que una rareza cuántica está al acecho, y "glass" es "vidrio" en inglés.

Un superglass se vería y se palparía exactamente como un cuerpo sólido vítreo normal. Como en el vidrio común, los átomos de un superglass estarían organizados al azar —en lugar de en una grilla cristalina— porque un vidrio es esencialmente un líquido que ha dejado de fluir.

Pero tome una pieza de superglass y gírela, y alguna parte de sus átomos no rotará. Estos átomos fluyen, en cambio, a través del sólido giratorio con cero fricción, como en un súper fluido. Y debido a que no hay fricción, el resto de los átomos en el sólido no pueden arrastrar a esos átomos resbaladizos. Tal como un súper fluido en una taza que gira, desde el punto de vista de un observador permanecerá perfectamente quieto en lugar de girar con la taza.

Si bien no se ha demostrado en el laboratorio de manera concluyente la existencia del superglass, la investigación que se informa en la edición del 8 de diciembre de Physical Review B muestra que las leyes de la física permiten que este estado exótico de la materia exista en temperaturas cercanas al cero absoluto, o -273° Celsius.

"En realidad es una paradoja que en general uno piense que el vidrio es un fluido que no fluye, pero un superglass tampoco actúa de la misma manera que un súper fluido", dice Claudio Chamon, un teórico en materia condensada en la Boston University y coautor del estudio. El fenómeno es "sólo mecánica cuántica, no ocurre en el sistema clásico", donde se imagina a los átomos actuar como diminutas pelotas de billar.

Los físicos todavía no comprenden del todo cómo podrían moverse algunos átomos en el superglass con cero fricción. Chamon dice que el fenómeno podría estar relacionado con el hecho de que, cuando se enfrían los átomos hasta cerca del cero absoluto, empiezan a actuar menos como partículas y más como ondas mecánico-cuánticas. A medida que los átomos similares a ondas se enfrían más, se "borronean" y empiezan a solaparse unos a otros. Al final, algunos de los átomos en el superglass están tan borroneados que pueden intercambiar lugares con átomos vecinos, lo que les permite moverse a través del sólido con facilidad.

"Depende del hecho de que todos son idénticos, de modo que pueden ocupar el mismo estado mecánico-cuántico", dice Chamon. Por esta razón, sólo los átomos que contienen una cantidad par de partículas subatómicas pueden formar un superglass. Esos átomos son llamados bosones, y a diferencia de los átomos con una cantidad impar de partículas subatómicas, todos los bosones vecinos pueden asumir el mismo estado mecánico-cuántico exacto, por lo tanto, son totalmente indistinguibles entre sí.

"Es muy importante mostrar teóricamente que un estado de súper fluido vidrioso puede ser estable", comenta Boris Svistunov, teórico de materia condensada en la University of Massachusetts en Amherst. En 2006, Svistunov y sus colegas descubrieron una fase de superglass en simulaciones de computadora de helio-4 sólido. Pero esas simulaciones no pudieron mostrar si el nuevo estado de la materia era estable, o si podría durar más de una fracción de segundo.

En la nueva prueba, Chamon y sus colegas "básicamente muestran por primera vez que hay un modelo en el cual el estado de superglass es un estado estable garantizado", dice Svistunov.

Fuente: Science News. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard