Descubierto un nuevo estado de la materia

Científicos rusos han demostrado experimentalmente una teoría acerca de otro estado de la materia: la supersolidez. Sus resultados cambiarán los libros de texto en todo el mundo

Autor:

Iris Oropesa Mecías

Cuando los hijos un día pregunten entre su sarta de porqués y cómos, «mamá, qué pasaría si algo se enfría hasta lo más bajo de la temperatura total», o cuando les dé por torturarnos con un «¿Qué existe además de sólido, líquido y gaseoso?». Ya tendremos, al fin, una respuesta. Con aire de grandeza y despreocupación le espetaremos: pues existe la supersolidez.

Pero, ¿es en serio?

Pues muy en serio. Un grupo de científicos de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH) ha logrado encontrar por primera vez este estado inusual mediante un experimento, y ha confirmado la existencia de la supersolidez: un cuarto estado en que la estructura cristalina se combina con el flujo sin fricción al mismo tiempo.

Los investigadores han informado sobre su hallazgo en el sitio web del centro de estudios y seguidamente, por su relevancia, ha saltado a los titulares de Nature, y otros medios científicos.

El experimento consistió en colocar una pequeña cantidad de gas de rubidio en una cámara de vacío y enfriarlo a una temperatura de unas pocas billonésimas de kelvin por encima del cero absoluto, de modo que los átomos se condensaron en lo que se conoce como «condensado de Bose-Einstein», según explica el sitio noticioso ruso RT. En este peculiar estado cuántico mecánico, la sustancia resultó comportarse como un superfluido.

Seguidamente, los investigadores colocaron este condensado en un dispositivo con dos cámaras de resonancia óptica entrecruzadas, cada una de las cuales constaba de dos pequeños espejos opuestos y finalmente el condensado fue iluminado con luz láser, que se dispersó en ambas cámaras.

La combinación de estos dos campos de luz en las cámaras de resonancia provocó que los átomos en el condensado adoptaran una estructura semejante a la del cristal. Sin embargo, los investigadores notaron que al mismo tiempo el condensado conservaba sus propiedades superfluidas, dado que sus átomos todavía podían fluir sin ninguna entrada de energía, una propiedad que nunca había sido observada en un sólido normal.

De este modo, se comprobó que el rubidio utilizado en el experimento se hallaba a la vez en dos estados, o más bien, en un nuevo y desconocido estado, era líquido y sólido al mismo tiempo.

Nada sale de la nada

Rezaba una máxima latina, Ex nihilo, nihil, y aunque a veces la prensa lo haga parecer un hecho aislado, la verdad es que es cierto, nada en la cultura humana sale de la nada. Antes de este experimento logrado por la ETH, la supersolidez era un estado ya «imaginado». Pues como todo lo que se logra en materia de conocimiento tiene una tradición de antecedentes a los que agradecer, como enanos sobre hombros de gigantes.

Había un grupo de científicos de la física cuántica que desde el siglo pasado habían teorizado sobre un estado nuevo de la materia. La nueva investigación ha confirmado en la práctica la idea de un estudio realizado en el año 1969, nada menos, que sugirió que el superfluido también podría tener una estructura cristalina.

El físico británico-escocés de materia condensada y ganador del Premio Nobel de Física (2016), David Thouless, postuló en ese año que una sustancia en estado superfluido podía tener también una estructura de sólido cristalina. Además, llegó a aseverar que este fenómeno podría ser demostrado con relativa facilidad al congelar helio a unos pocos kelvins por debajo de cero absoluto de temperatura.

A pesar de que el trabajo de Thouless ha tenido grandes implicaciones en numerosas áreas científicas y prácticas, como el fenómeno de la superconductividad, las propiedades de materia nuclear y movimientos excitados colectivos dentro de los núcleos, en cuanto a esta idea, su aseveración no había podido ser comprobada experimentalmente.

Para 2014 la idea volvería a revivir cuando un grupo científico de Estados Unidos reportó, según señala la revista Nature, que había hallado más evidencia sobre el tema. Pero después de creada la expectativa se informó que la evidencia experimental hallada solo se debía a efectos superficiales del helio, a pesar de que se había logrado el estado de temperatura llamado Bose-Einstein.

Otro equipo de investigadores liderado por Wolfgang Ketterle anunció poco después que el grupo de ETH había llegado igualmente al descubrimiento de este nuevo estado de materia con un experimento distinto. Pero por supuesto, aquí el celo del primer lugar sí se impone, y hoy los titulares reconocen a los rusos haber dado el eureka a tiempo para coronarse como los primeros que demostraron esa larga suposición. De paso, el personaje de Thouless vuelve a ser reivindicado tras el Nobel como un verdadero genio humilde, pues tras su personalidad tímida, y la leyenda de que no gusta de conceder entrevistas y posee espíritu poco práctico para la vida cotidiana, sus afirmaciones siguen dando resultados para la ciencia.

Lo que realmente es relevante, más allá de las entusiastas primeras voces y los nombres, que añaden al mundo científico su sano toque de adrenalina, es que lo hasta hoy conocido sobre el estado de las sustancias y materias del mundo ha cambiado para siempre. Las implicaciones que tal hallazgo traerá para diversas ramas de estudio, pero sobre todo para la física cuántica, están por verse desde este hecho.

No es hasta hoy que este nuevo estado de la materia cambia los libros de química, física, y nos vuelve a demostrar a los hombres de este siglo una lección de humildad. El mundo aún no se siente viejo, y no para de enseñar cada día sus misterios.

 

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