Supersólido para niños
Un supersólido es un tipo especial de material que se comporta como un sólido normal, es decir, tiene una forma definida y sus partículas están ordenadas. Pero, al mismo tiempo, también tiene propiedades de un superfluido, lo que significa que puede fluir sin ninguna resistencia o fricción. Imagina un hielo que, a la vez, pudiera fluir como un líquido sin detenerse.
Desde los años 60, los científicos pensaron que el helio-4 podría convertirse en un supersólido. En 2017, varios experimentos con condensados de Bose-Einstein (un estado especial de la materia) finalmente confirmaron que este estado existe. Actualmente, los científicos siguen investigando qué condiciones son necesarias para que otras sustancias se conviertan en supersólidos.
Contenido
¿Qué es un Supersólido?
Un supersólido es un estado de la materia muy particular que combina dos características que normalmente no van juntas:
- Es un sólido: Sus partículas están organizadas en una estructura rígida y ordenada, como un cristal.
- Es un superfluido: Puede fluir sin ninguna viscosidad, es decir, sin resistencia. Esto es algo que normalmente solo ocurre en líquidos o gases muy especiales a temperaturas extremadamente bajas, como el helio-4 o el helio-3.
Durante más de 50 años, los científicos se preguntaron si un material podía ser sólido y fluir al mismo tiempo. Parecía algo imposible, pero la mecánica cuántica (la rama de la física que estudia el comportamiento de las partículas muy pequeñas) predijo que sí podría existir.
Primeras Investigaciones con Helio
Los científicos han intentado crear supersólidos usando helio durante mucho tiempo.
- En los años 80, el científico John Goodkind notó algo extraño en un sólido al usar ultrasonidos.
- En 2004, Eun-Seong Kim y Moses Chan, de la Universidad Estatal de Pensilvania, observaron fenómenos que interpretaron como un comportamiento supersólido. Vieron que un oscilador (un aparato que gira) se movía de una forma que no se podía explicar con las leyes normales de la física, pero sí con el comportamiento de un superfluido. Esto sugería que una pequeña parte de los átomos de helio dentro del oscilador se comportaba como un superfluido.
Esta observación llevó a muchos estudios. Sin embargo, experimentos posteriores generaron dudas. Se descubrió que los fenómenos observados podían explicarse por cambios en las propiedades elásticas del helio, no necesariamente por un supersólido. En 2012, Chan repitió sus experimentos con un equipo mejorado y no encontró pruebas de un supersólido.
Descubrimiento con Gases Cuánticos Ultrafríos
El verdadero avance llegó en 2017, cuando dos grupos de investigación, uno de ETH Zúrich y otro del MIT, lograron crear un gas cuántico ultrafrío con propiedades supersólidas.
- El grupo de Zúrich usó un condensado de Bose-Einstein y lo colocó en unos aparatos llamados resonadores ópticos. Esto hizo que los átomos interactuaran tanto que empezaron a formar una estructura sólida, pero sin perder su capacidad de superfluidez. A esto se le llamó un "supersólido de celosía", donde los átomos se fijan en una estructura externa.
- El grupo del MIT también usó un condensado de Bose-Einstein y lo expuso a haces de luz especiales. Esto creó un patrón de densidad característico que mostraba propiedades supersólidas.
En 2019, otros tres grupos de Stuttgart, Florencia e Innsbruck observaron propiedades supersólidas en condensados de Bose-Einstein hechos con átomos de lantánidos. En estos sistemas, la supersolidez surgió directamente de cómo interactúan los átomos, sin necesidad de una estructura externa. Esto permitió observar directamente el flujo superfluido, lo que fue la prueba definitiva de la existencia de los supersólidos.
¿Cómo Funciona un Supersólido?
La mayoría de las teorías sobre los supersólidos sugieren que su comportamiento se debe a las vacantes. Las vacantes son como pequeños "huecos" o sitios vacíos en la estructura ordenada de un cristal, donde normalmente debería haber una partícula.
Estas vacantes se mueven de un lugar a otro como si fueran ondas, debido a la energía de las partículas incluso a temperaturas muy bajas (conocida como energía del punto cero). Como las vacantes se comportan como partículas llamadas bosones, a temperaturas extremadamente bajas (cerca del cero absoluto), estas vacantes pueden formar un condensado de Bose-Einstein.
Cuando las vacantes fluyen de manera coherente (como un "superflujo"), esto equivale a que las partículas del material fluyan sin fricción en la dirección opuesta. Así, el material mantiene su estructura sólida y ordenada, pero al mismo tiempo, las partículas pueden moverse libremente a través de ella, como un superfluido.
Véase también
En inglés: Supersolid Facts for Kids
