Según PhysicsWeb del pasado 22 de julio, un equipo de físicos austríacos ha encontrado sólidas evidencias de superfluidez en gases ultrafríos compuestos de átomos fermiónicos. Rudi Grimm y otros investigadores del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck han observado, por primera vez, la "disrupción de apareamiento" en los átomos de un gas de Fermi ultrafrío. Grimm es un físico de 43 años nacido en Mannheim, que ha sido profesor de física e investigador en Zürich, Troitsk y Heidelberg.
La observación de una brecha similar en superconductores de baja temperatura a fines de los ´90 se convirtió en un hito en el largo y trabajoso proceso de comprender este tipo de materiales. Los nuevos resultados, que ajustan perfectamente con los cálculos teóricos de otro grupo de investigadores (éstos en Finlandia), podrían ayudarnos a entender más acerca de la superconductividad a altas temperaturas y sobre sistemas tan diversos y exóticos como las estrellas de neutrones, los núcleos atómicos y los plasmas de quark-gluones.
El equipo de físicos de Innsbruck. Grimm es el quinto por la izquierda. En medio de ellos, la trampa de átomos que utilizan para superenfriar el gas de Li
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En el artículo, escrito por Belle Dumé de PhysicsWeb, se explica que todos los átomos son o bosones o fermiones, dependiendo del valor de su spin o sentido de giro. La diferencia se hace notoria cuando se los enfría casi al nivel del cero absoluto. Los átomos bosónicos tienen un spin entero y son capaces de colapsar en el mismo estado cuántico base para formar un condensado de Bose-Einstein (BEC). Este proceso de condensación es la base de la superconductividad, que se define como el pasaje de corriente eléctrica con una resistencia cero.
Los fermiones, por su parte, tienen un spin de la mitad del de los bosones y, a diferencia de aquellos, obedecen al Principio de Exclusión de Pauli. Ello significa que los fermiones nunca pueden ocupar el mismo estado cuántico. Sin embargo, si dos de ellos son impulsados el uno contra el otro, la molécula resultante será un bosón (porque medio spin más medio spin resulta en un spin entero), y estará, por lo tanto, en condiciones de experimentar la condensación.
Como los electrones son fermiones, deben formar Pares de Cooper (llamados así por Leon Cooper, coautor de la BCS, la Teoría de la Superconductividad de Bardeen-Cooper-Schriefer) antes de pasar por la condensación de Bose-Einstein. Si este proceso de apareamiento de Cooper pudiese ser reproducido en un gas de fermiones, sería posible aprender más sobre uno de los más grandes misterios de la física moderna, esto es, la naturaleza del mecanismo de emparejamiento en la superconductividad a altas temperaturas.
Atrapando los átomos de litio con un láser
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Grimm y sus compañeros comenzaron con un gas de átomos fermiónicos de litio-6 que habían sido enfriados hasta 500 nK (nanogrados Kelvin), aplicándole un campo magnético cuidadosamente calculado. Esto causó el emparejamiento de los fermiones para formar moléculas con características de bosón. Las moléculas se condensaron luego en un BEC molecular.
A continuación, los físicos de Innsbruck modificaron el campo, que controlaba la fuerza de unión entre los átomos, para convertir el BEC en un gas de Fermi fuertemente interactivo. Finalmente le aplicaron una onda de radiofrecuencia (RF) para separar los pares.
Observando minuciosamente qué longitudes de onda de RF eran absorbidas por el sistema, Grimm pudo calcular la energía de enlace de los pares, la cual demuestra que hay una "quebrada" o discontinuidad en el espectro. La disrupción cambia con la temperatura. El trabajo teórico de Paivi Törmä y su equipo de la Universidad de Jyväskylä confirma que los resultados son consistentes con la formación de Pares de Cooper y con el principio de la superfluidez de los gases.
"Por primera vez podemos probar modelos teóricos de sistemas de Fermi altamente interactivos, lo que llamamos fase de entrecruzamiento BEC-BCS", dijo Grimm. "Si tenemos suerte, la investigación podrá mostrarnos la forma de hacer superconductores a temperatura ambiente", lo cual sería un gigantesco avance en la tecnología, la técnica y la ciencia del futuro.
Más datos:
(Traducido, adaptado y ampliado por Marcelo Dos Santos (www.mcds.com.ar) de PhysicsWeb y de diferentes sitios de Internet)
