Tome un tazón de su cocina, arroje un puñado de bolas de aluminio, aplique un alto voltaje y observe cómo se despliega un baile elegante donde las partículas se reorganizan en un patrón de "cristal" distinto. Este comportamiento curioso pertenece al fenómenoconocido como cristalización de Wigner, donde las partículas con la misma carga eléctrica se repelen entre sí para formar una estructura ordenada.
La cristalización de Wigner se ha observado en una variedad de sistemas, que van desde partículas del tamaño de granos de arena suspendidos en pequeñas nubes de electrones e iones llamado plasma polvoriento hasta los densos interiores de estrellas del tamaño de planetas, conocidas como enanas blancas.Alex Bataller, de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, descubrió recientemente que la cristalización de Wigner dentro de las enanas blancas se puede estudiar en el laboratorio utilizando una nueva clase de sistemas clásicos, llamados cristales de gravedad.
Para que ocurra el curioso comportamiento de la cristalización de Wigner, debe haber un sistema compuesto de partículas cargadas que sean libres de moverse plasma, que interactúen fuertemente entre sí partículas fuertemente acopladas y que tenga la presencia de unfuerza de confinamiento para evitar que las partículas de plasma exploten repulsivamente una de la otra.
Para estudiar esta condición para escalas pequeñas en el laboratorio, el Dr. Bataller ideó una nueva disposición que coloca esferas metálicas en contacto con una superficie de confinamiento de alto voltaje, que carga las esferas transfiriendo cientos de millones de electrones a su superficie, y por lo tantoaumenta la repulsión de partículas y también mantiene las partículas contenidas. Además, cuando las esferas ruedan sobre la superficie, su movimiento produce fricción que reduce rápidamente la energía cinética y promueve un fuerte acoplamiento.
La idea clave que permitió el presente descubrimiento fue utilizar la gravedad como la fuerza de confinamiento. De esta manera, las pequeñas esferas cargadas se pueden confinar gravitacionalmente usando una geometría simple ... un tazón.
Al usar el confinamiento gravitacional, el Dr. Bataller descubrió que la cristalización de Wigner también se puede extender a dimensiones macroscópicas con partículas un millón de veces más masivas que su primo de plasma polvoriento, que ahora se puede usar para estudiar otros sistemas de cristales. Por ejemplo, cristales de gravedadpuede simular una característica curiosa de las estrellas enanas blancas llamada sedimentación. Recientemente se descubrió que se pueden formar capas de cristales estratificados dentro de las estrellas enanas blancas que contienen oxígeno y carbono, donde el oxígeno más pesado "se hunde" en el núcleo. La disposición de cristales de gravedad reproduce este efecto de capascuando se aplica alto voltaje a un sistema inicialmente mixto de bolas de cobre y aluminio. De forma análoga a la sedimentación en estrellas enanas blancas, las bolas de cobre gravitan hacia el centro del tazón manteniendo una estructura cristalina.
Las propiedades del plasma y el entorno externo de un cristal de gravedad y una estrella enana blanca son tan diferentes como uno puede imaginar, sin embargo, ambos sistemas exhiben un comportamiento similar, lo que habla de la naturaleza robusta de la cristalización de Wigner.
"La rica diversidad de sistemas donde hemos observado la cristalización de Wigner es un resultado directo de su naturaleza independiente de escala", dijo el Dr. Bataller. "Los cristales de gravedad extienden este fenómeno a las dimensiones humanas mientras que necesitan recursos mínimos. Lo que más me emocionasobre esta nueva plataforma es que prácticamente cualquier persona curiosa puede recrear este fascinante estado de la materia que, hasta ahora, se había limitado a experimentos de un millón de dólares y dentro del denso interior de las estrellas ".
Este estudio fue apoyado por la Fundación Julian Schwinger a través de la subvención JSF-18-09-0100.
Para información adicional ver también: PE Tremblay, G. Fontaine, NPG Fusillo, BH Dunlap, BT Gänsicke, MA Hollands, J. Hermes, TR Marsh, E. Cukanovaite y T. Cunningham, Nature 565, 202 2019.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Sociedad Estadounidense de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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