Los científicos coquetean con los supersólidos desde hace más de seis décadas, pero los primeros experimentos que les han ayudado a entender un poco mejor sus propiedades son mucho más recientes. Lo que los hace tan exóticos es que son materiales cuyas partículas forman una estructura fija y ordenada en el espacio, como los cristales, y, a la vez, tienen las propiedades de un superfluido.
La superfluidez es la consecuencia de la ausencia absoluta de viscosidad. No es sencillo intuir de qué estamos hablando si no estamos familiarizados con este concepto, pero podemos entenderlo sin esfuerzo si tomamos como ejemplo dos fluidos tan comunes como lo son el agua y la miel. Esta última es una sustancia densa y viscosa, lo que provoca que no fluya con la liviandad con la que lo hace el agua.
Si llenamos la mitad de un vaso de agua, y la mitad de otro vaso de miel, y de forma súbita los colocamos boca abajo, el agua precipitará de una forma prácticamente instantánea, mientras que la miel se derramará poco a poco, precisamente, debido a su mayor viscosidad. Este experimento tan sencillo ilustra bastante bien la relación que existe entre la viscosidad y la fluidez, pero resulta muy extraño, y en absoluto intuitivo, que un objeto sólido pueda tener las propiedades de un superfluido. Esto es, precisamente, lo que hace a los supersólidos tan especiales.
De hecho, la supersolidez es un estado especial de la materia con el que los físicos empezaron a trabajar de forma teórica en la década de los 60. Los primeros resultados experimentales prometedores llegaron en los años 80 gracias a la utilización de helio a muy baja temperatura. Y durante las dos últimas décadas la investigación con supersólidos ha llegado a su punto álgido al permitir a los científicos obtener, por primera vez, materiales que exhiben claramente la propiedad de la supersolidez.
Los supersólidos ya están aquí. Y prometen. Mucho
Entre todos los experimentos con supersólidos que se han llevado a cabo durante los últimos años merece la pena que nos detengamos brevemente en dos. El primero lo llevaron a cabo en 2017 unos investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (es la misma en la que estudió Albert Einstein) y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Juntos consiguieron poner a punto una sustancia conocida como gas cuántico ultrafrío que exhibía las propiedades de un supersólido.
En 2019 otro grupo de investigación que reunía a físicos de las universidades de Stuttgart, Florencia e Innsbruck observó estas mismas propiedades en un condensado de Bose-Einstein constituido por átomos de lantánidos. Indagar en este experimento nos obligaría a complicar demasiado este artículo, pero nos viene bien saber que un condensado de Bose-Einstein es un estado de la materia especial que ocurre cuando un gas de muy baja densidad se enfría a una temperatura muy cercana al cero absoluto (−273,15 °C).
Cuando alcanza estas condiciones el gas adquiere propiedades cuánticas, y, por esta razón, no tienen una equivalencia en la física clásica. Durante el experimento de 2019 la supersolidez apareció como una consecuencia directa de la interacción que se produjo entre los átomos del gas ultrafrío. Este fue el experimento que certificó definitivamente la existencia de los supersólidos, pero el material resultante tenía una peculiaridad: la ordenación espacial de las partículas se dio solo en una dimensión.
Durante el experimento de 2019 la supersolidez apareció como una consecuencia de la interacción entre los átomos del gas ultrafrío
Desde entonces apenas han pasado dos años, pero ha sido suficiente para que un grupo de investigadores de la Universidad de Innsbruck, en Austria, haya conseguido poner a punto el primer material supersólido en dos dimensiones. Esto significa, sencillamente, que la ordenación espacial de las partículas que lo conforman se mantiene en dos dimensiones, y no solo en una, como sucedió durante el experimento de 2019.
El artículo que han publicado estos físicos en Nature hace pocos días refleja que, en realidad, lo que han hecho es refinar el experimento de 2019 para extender la ordenación espacial de las partículas a dos dimensiones. Puede parecer poca cosa, pero no lo es en absoluto. Es un paso hacia delante muy importante. Matthew A. Norcia, el investigador que ha liderado el experimento, confiesa que no sabe si a corto o medio plazo lograrán extender la ordenación espacial de las partículas a una tercera dimensión.
En cualquier caso, hay un desafío si cabe aún más imponente: encontrar aplicaciones prácticas para los supersólidos. Y el primer paso para dar con ellas no es otro que conocer más a fondo sus propiedades. Es completamente normal que después de un hallazgo tan exótico como este sus aplicaciones no sean evidentes, pero podemos estar seguros de que llegarán. Los superconductores son esenciales, por ejemplo, en el LHC del CERN y en ITER, y, quién sabe, puede que algunos de los ingenios que la humanidad desarrollará en el futuro solo sean posibles gracias a la intervención de los supersólidos.
Un último y pequeño apunte: en la imagen de portada de este artículo no aparece un supersólido. Como hemos comprobado, los científicos están trabajando con gases a una temperatura ultrabaja, por lo que no es posible obtener una fotografía de un objeto sólido clásico que podamos utilizar. La imagen que hemos usado la hemos elegido porque el hielo de alguna forma sugiere ese equilibrio entre la solidez y la ausencia de viscosidad, pero no es en absoluto un supersólido.
Imagen de portada | Julia Volk
Más información | Nature
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La noticia El primer supersólido en 2D ya está listo y es extraordinariamente exótico: ahora el reto es encontrar aplicaciones para él fue publicada originalmente en Xataka por Juan Carlos López .
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