Producción pionera de un gas cuántico supersólido bidimensional

Los gases cuánticos son muy adecuados para investigar las consecuencias microscópicas de interacciones en la materia. Hoy en día, es factible controlar con precisión en el laboratorio partículas individuales en nubes de gas extremadamente refrigeradas, consiguiendo con ello captar fenómenos que no pueden observarse en el mundo cotidiano.

Por ejemplo, los átomos individuales de un condensado de Bose-Einstein están completamente deslocalizados. Esto significa que el mismo átomo existe en cada punto del condensado en cualquier momento.

Hace dos años, el grupo de investigación dirigido por Francesca Ferlaino de la Universidad de Innsbruck en Austria y del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia Austriaca de Ciencias, consiguió por primera vez generar estados supersólidos en gases cuánticos ultrafríos de átomos magnéticos. La interacción magnética hace que los átomos se autoorganicen en gotas y se organicen con un patrón regular. "Lo normal sería pensar que cada átomo se encuentra en una gota específica, sin que haya forma de pasar de una a otra", explica Matthew Norcia, del equipo de Ferlaino. "Sin embargo, en el estado supersólido, cada partícula está deslocalizada en todas las gotas, existiendo simultáneamente en cada una de ellas. Así que, básicamente, se tiene un sistema con una serie de regiones de alta densidad (las gotas) que comparten los mismos átomos deslocalizados". Esta extraña formación permite efectos como el flujo sin fricción a pesar de la presencia de orden espacial (superfluidez).

Hasta ahora, los estados supersólidos en los gases cuánticos solo se habían observado como una fila de gotas (o sea de manera unidimensional, en el sentido de que lo más relevante de la estructura está en su longitud).

El equipo internacional de Ferlaino y Norcia ha ampliado ahora este fenómeno a dos dimensiones, dando lugar a sistemas con dos o más filas de gotas.

Gas cuántico supersólido bidimensional producido en el laboratorio por primera vez. (Imagen: IQOQI Innsbruck / Harald Ritsch)

Esto no solo supone una mejora cuantitativa, sino que amplía de forma crucial las perspectivas de investigación. "Por ejemplo, en un sistema supersólido bidimensional, se puede estudiar cómo se forman vórtices en el hueco entre varias gotas adyacentes", argumenta Norcia. Estos vórtices, descritos de manera teórica, aún no se han demostrado, pero representan una importante consecuencia de la superfluidez. En definitiva, lo conseguido en la nueva investigación crea nuevas oportunidades para investigar la física fundamental de este fascinante estado de la materia.

El nuevo estudio se titula “Two-dimensional supersolidity in a dipolar quantum gas”. Y ha sido publicado en la revista académica Nature. (Fuente: NCYT de Amazings)