En experimentos con átomos magnéticos realizados a temperaturas extremadamente bajas, los científicos han demostrado una fase única de la materia: los átomos forman un nuevo tipo de líquido cuántico o estado de gotas cuánticas. Estas llamadas gotas cuánticas pueden preservar su forma en ausencia de confinamiento externodebido a los efectos cuánticos. El equipo conjunto de físicos experimentales de Innsbruck y físicos teóricos de Hannover informan sobre sus hallazgos en la revista Revisión física X .
"Nuestras gotitas cuánticas están en fase gaseosa pero aún caen como una roca", explica la física experimental Francesca Ferlaino cuando habla sobre el fascinante experimento. En el laboratorio, su equipo observó cómo se formaron las macrogotas en un gas cuántico. Los científicos estabansorpresa al descubrir que las gotas cuánticas se mantuvieron juntas casi sin intervención externa y únicamente por efectos cuánticos. Este descubrimiento por el equipo de investigación en Innsbruck, y un trabajo similar llevado a cabo simultáneamente por un grupo de investigación de la Universidad de Stuttgart trabajando con el elemento magnéticodisprosio, abre un área de investigación completamente nueva en el campo de los gases cuánticos ultrafríos.
En su experimento, los investigadores produjeron un condensado Bose-Einstein de átomos de erbio a temperaturas extremadamente bajas en una cámara de vacío. Luego controlaron la interacción de las partículas mediante el uso de un campo magnético externo. Las propiedades únicas de los átomos magnéticos permitieron suprimir las interacciones regulareshasta cierto punto, las correlaciones cuánticas se convirtieron en la fuerza impulsora. Con su equipo, Ferlaino ha podido demostrar que las fluctuaciones cuánticas conducen a una repulsión efectiva de partículas que proporciona la tensión superficial necesaria para estabilizar una gota cuántica contra el colapso ". En nuestro experimento hemos, por primera vez, realizó un crossover controlado de un condensado de Bose-Einstein, que se comporta como un gas superfluido, en una única gota cuántica gigante de 20,000 átomos como líquido ", explica el físico experimental y primer autor del estudio Lauriane Chomaz.Gracias al control exquisito de las interacciones interatómicas en el experimento, los físicos pudieron concluir pLa importancia de las fluctuaciones cuánticas se comparó al comparar sus datos experimentales con la teoría desarrollada por el grupo de investigación de Luis Santos en la Universidad de Hannover.
El excelente acuerdo entre la teoría y el experimento reveló el papel de las fluctuaciones cuánticas junto con las propiedades contra-intuitivas de esta nueva fase de la materia, que se puede encontrar entre los condensados gaseosos de Bose-Einstein y el helio superfluido líquido. Más investigaciones sobre este estado de gotapuede contribuir a aumentar nuestro conocimiento de la superfluidez. Junto con el helio, una gota cuántica es el único sistema superfluido de tipo líquido conocido. Los gases cuánticos ultrafríos ofrecen una plataforma única y perfecta para estudiar este fenómeno debido a su alta pureza y capacidad de ajuste. A largo plazo, esta fase de la materia podría conducir a nuevas ideas relevantes para los estudios de la supersolidez, que es la materia condensada superfluida.
Francesca Ferlaino es profesora del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck y directora científica del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica IQOQI, Academia de Ciencias de Austria. El experimento se llevó a cabo en estrecha colaboración con un equipo defísicos teóricos encabezados por Luis Santos de la Universidad de Hannover. Fue apoyado por la Fundación Alemana de Investigación DFG entre otros.
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Materiales proporcionado por Universidad de Innsbruck . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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