El primer supersólido —una forma fantasmal, cuántica, de materia, en la que un sólido fluye, sin fricción, a través de sí mismo— fue creado, según se informó, en el 2004. Pero desde entonces se ha desarrollado un debate sobre si los investigadores involucrados simplemente habían malinterpretado los resultados
Ahora dos nuevos estudios sugieren que sí fueron creados genuinos supersólidos, después de todo.
De acuerdo con la teoría cuántica, la supersolidez debería dispararse a temperaturas muy bajas. En un sólido, los átomos están unidos entre sí en un enrejado (o red) regular, manteniendo su estructura rígida en circunstancias normales. Pero si se enfrían algunos sólidos cerca del cero absoluto, deberían convertirse en supersólidos sin fricción, fluidos, aunque conservando la estructura de enrejado.
En el experimento original, Eunseong Kim —ahora en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea en Daejeon, Corea del Sur— y Moses Chan, de la Universidad Estatal de Pennsylvania en University Park, enfriaron y aplicaron presión sobre helio líquido hasta que los átomos fueron forzados en una red cristalina.
Entonces hicieron girar un cilindro lleno de este helio sólido en un sentido y luego en el otro, una y otra vez. Mientras lo enfriaban, el cilindro cambiaba de dirección con más frecuencia.
El oscilador de Chan y Kim
Los investigadores llegaron a la conclusión de que parte del helio se quedaba totalmente quieto, reduciendo la masa que giraba con el cilindro, y permitiendo así que cambiara más rápidamente. Supusieron que era porque algo del helio había perdido la fricción debido a la supersolidez.
Petardo de plástico
A principio de este año, sin embargo, esta interpretación fue recusada por John Reppy de la Universidad Cornell en Itaca, Nueva York. Él sugirió que la razón por la que el cilindro cambiaba más rápidamente a temperatura más baja era porque el helio se había convertido en un tembloroso «plástico cuántico», una fase no conocida antes de la materia que es distinta de un supersólido. La elasticidad incrementada de este nuevo material permitía que el cilindro revirtiera más fácilmente su rotación, dijo.
Para evaluar si Reppy tenía razón, Kim hizo girar el aparato en el que estaba fijo el cilindro, más grande: el aparato giró sólo en una dirección, epro el cilindro giró en un sentido y luego en el otro, como antes. Él razonó que la elasticidad debería afectar sólo la velocidad de cambio de sentido del cilindro, no su real velocidad de giro. Por lo tanto, si Reppy tuviera razón, y el helio sólido fuese un plástico cuántico, al añadir una rotación subyacente continua no debían cambiar los resultados.
Su equipo descubrió, sin embargo, que sí cambiaban. A diferencia del experimento original, los cambios de dirección no se volvieron más rápidos al descender la temperatura.
La mejor manera de explicarlo, dijo Kim, es que, efectivamente, el helio es un supersólido. Esto es porque, en un supersólido, la rotación continua debería provocar que se formaran vórtices, más o menos como en un líquido, perturbando las propiedades cuánticas de la materia y reduciendo la supersolidez.
Agujeros a presión
En una interesante coincidencia, Yaroslav Lutsyshyn, de la Universidad Politécnica de Cataluña en Barcelona, España, y sus colegas, acaban de descubrir pruebas adicionales de la supersolidez.
La teoría sugiere que el helio supersólido fluye porque se forman agujeros en el enrejado cristalino. El equipo de Lutsyshyn experimentó con cuán posible es que estos hoyos se formen bajo presiones diferentes, y resultó ser que la presión bajo la cual los hoyos se formaron más fácilmente coincidía con la que Kim y Chan identificaron con la mayor proporción de helio supersólido en su sistema.
«Es como ver orejas de conejo por encima del césped», dice Lutsyshyn de los resultados de su equipo. También sostiene que el experimento del equipo de Kim es prueba fehaciente —pero no completa— de que el helio sólido contiene un supersólido.
Reppy, sin embargo, sigue sin convencerse de que el trabajo más reciente de Kim descarte la plasticidad cuántica como causa de los aparentes efectos de supersólido. Él discute la asunción de Kim de que la energía adicional añadida al girar todo el aparato no afectaría la velocidad a la que cambia un plástico cuántico.
«Ahora estoy bastante seguro de que las fuertes señales de un supersólido que ellos estaban viendo son manifestaciones de las propiedades elásticas», dice.
Journal reference: Science Express, DOI: 10.1126/science.1196409; Physical Review B, en prensa.
Fuente: New Scientist. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard
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