Los investigadores han dado un gran paso adelante en la comprensión de la doble naturaleza de los «supersólidos». Han aportado pruebas convincentes de que este exótico estado de la materia posee propiedades tanto de sólido como de superfluido.
Los supersólidos representan un estado de la materia en el que las partículas están dispuestas en una estructura ordenada y rígida, como un sólido, pero también fluyen sin resistencia, de forma similar a los superfluidos.
«Es un poco como el gato de Schrödinger, que está a la vez vivo y muerto, un supersólido es a la vez rígido y líquido», afirma Francesca Ferlaino, de la Universidad de Innsbruck.
Esta combinación aparentemente contradictoria ha hecho que su existencia sea difícil de demostrar.
Impulsar la comprensión de la materia cuántica
El último avance tiene implicaciones de gran alcance para nuestra comprensión de la materia cuántica y su comportamiento en condiciones extremas.
«Podemos observar aquí en el laboratorio fenómenos físicos que en la naturaleza sólo se dan en condiciones muy extremas, como en las estrellas de neutrones», añade Ferlaino.
Para contextualizar, la comunidad científica cree que los supersólidos existen en los núcleos de las estrellas de neutrones.
«Nuestros hallazgos abren la puerta al estudio de las propiedades hidrodinámicas de sistemas cuánticos exóticos con múltiples simetrías rotas, como los cristales cuánticos e incluso las estrellas de neutrones», añadió Thomas Bland, que guió el desarrollo teórico del proyecto.
En 2021, un equipo de investigadores de la Universidad de Innsbruck logró un avance decisivo al crear un supersólido bidimensional estable utilizando átomos de erbio ultrafríos.
Este logro sentó las bases para futuras investigaciones sobre las propiedades de este material exótico.
Confirmación de la superfluidez
«Aunque los investigadores han estudiado varios aspectos del comportamiento de los superfluidos, como la coherencia de fase y los modos de Goldstone sin ranura, no se ha conseguido demostrar directamente una de las características que definen la superfluidez: los vórtices cuantificados», señalan los investigadores.
Ahora, el equipo ha aportado la primera prueba convincente de la naturaleza dual del supersólido.
Empleando una técnica que consiste en rotar con precisión el supersólido utilizando campos magnéticos, han sido capaces de generar pequeños remolinos cuánticos conocidos como vórtices.
La presencia de estos vórtices es un sello distintivo de la superfluidez, lo que confirma la existencia de un flujo sin fricción dentro de la estructura rígida del supersólido.
«En un gran avance, por fin se han observado vórtices cuantizados en un supersólido bidimensional en rotación, lo que proporciona la tan esperada confirmación del flujo superfluido irrotacional en un supersólido y marca un paso crítico en el estudio de la materia cuántica modulada», explica el equipo.
La generación de estos vórtices fue un proceso delicado y difícil, que requirió un control meticuloso para evitar perturbar el frágil estado del supersólido.
Experimento desafiante
Los investigadores pasaron casi un año calibrando cuidadosamente los campos magnéticos para inducir la rotación sin destruir el delicado equilibrio entre solidez y superfluidez.
Sus propiedades únicas podrían encontrar aplicaciones en áreas como la computación cuántica y la detección de alta precisión, lo que podría conducir al desarrollo de dispositivos novedosos con capacidades sin precedentes.
«Nuestro trabajo es un hito importante en el camino hacia la investigación de la nueva física», afirmó Ferlaino.
