Los científicos han combinado la luz con electrones para crear un superfluido a temperatura ambiente. Un superfluido es una especie de quinto estado de la materia, un estado cuántico macroscópico en el que el acoplamiento de la materia es tan fuerte que ya no consta de cuantos individuales separados, sino que se fusiona en una sola forma de onda indivisible. Los superfluidos tienen algunas características notables, por ejemplo, fluyen sin fricción ni viscosidad, de modo que si se hace girar un superfluido, seguirá girando indefinidamente.
Este estado se atribuye a menudo al vacío, en los modelos superfluidos del espacio. Los físicos Nassim Haramein y Elizabeth Rauscher aplicaron este tipo de propiedad fluido-dinámico del espacio para ampliar las ecuaciones de campo de Einstein e incluir las fuerzas de torsión y Coriolis -. La solución resultante de Haramein-Rauscher explica el origen del espín y un colector superfluido del espacio.
El comportamiento de los superfluidos depende en gran medida del espín específico de las partículas que interactúan. Las partículas de espín entero, como los fotones, pueden superponerse fácilmente y formar una forma de onda unificada, que es lo que es la luz láser. Otros cuantos de este tipo, que al igual que los fotones se denominan bosones, pueden compartir el mismo estado cuántico, y cuando esto ocurre -generalmente a temperaturas de unos pocos nanokelvins por encima del cero absoluto- se forma un condensado de Bose-Einstein, en el que las partículas se comportan como una única onda macroscópica que oscila a la misma frecuencia.
Las partículas de espín semientero, como los electrones, no pueden compartir el mismo estado cuántico y, por tanto, existe una especie de fuerza repulsiva (presión de Pauli) que impide que se superpongan. Sin embargo, si dos electrones se emparejan, suman un espín entero (pares de Cooper) y ahora pueden comportarse como partículas de Bose-Einstein. La formación de pares de Cooper requiere las interacciones de muchos cuerpos de numerosos electrones, como lo que se encuentra en ciertos materiales que pueden volverse superconductores (generalmente sólo a temperaturas criogénicas), donde las corrientes eléctricas se conducen sin ninguna disminución con el tiempo o la distancia. La superconductividad es, por tanto, una simple superfluidez de pares de electrones cargados.
Stéphane Kéna-Cohen, coordinador del equipo de investigación que logró la superfluidez a temperatura ambiente, afirma: "Para lograr la superfluidez a temperatura ambiente, intercalamos una película ultrafina de moléculas orgánicas entre dos espejos altamente reflectantes. La luz interactúa muy fuertemente con las moléculas al rebotar entre los espejos y esto nos permitió formar el fluido híbrido luz-materia". De este modo, podemos combinar las propiedades de los fotones, como su ligera masa efectiva y su rápida velocidad, con las fuertes interacciones debidas a los electrones dentro de las moléculas. En condiciones normales, un fluido ondula y se arremolina alrededor de cualquier cosa que interfiera con su flujo. En un superfluido, esta turbulencia se suprime alrededor de los obstáculos, lo que hace que el flujo siga su camino sin alteraciones".
"El hecho de que tal efecto se observe en condiciones ambientales", dice el equipo de investigación, "puede desencadenar una enorme cantidad de trabajo futuro, no sólo para estudiar los fenómenos fundamentales relacionados con los condensados de Bose-Einstein con experimentos de mesa, sino también para concebir y diseñar futuros dispositivos fotónicos basados en superfluidos en los que se supriman completamente las pérdidas y se puedan explotar nuevos fenómenos inesperados".
Este resultado allana el camino no sólo para los estudios de sobremesa de la hidrodinámica cuántica, sino también para los dispositivos de polaritones a temperatura ambiente que pueden estar robustamente protegidos de la dispersión, una condición que puede ser inestimable para los cálculos basados en la fotónica en los computadores cuánticos y ópticos.
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Los científicos han combinado la luz con electrones para crear un superfluido a temperatura ambiente. Un superfluido es una especie de quinto estado de la materia, un estado cuántico macroscópico en el que el acoplamiento de la materia es tan fuerte que ya no consta de cuantos individuales separados, sino que se fusiona en una sola forma de onda indivisible. Los superfluidos tienen algunas características notables, por ejemplo, fluyen sin fricción ni viscosidad, de modo que si se hace girar un superfluido, seguirá girando indefinidamente.
Este estado se atribuye a menudo al vacío, en los modelos superfluidos del espacio. Los físicos Nassim Haramein y Elizabeth Rauscher aplicaron este tipo de propiedad fluido-dinámico del espacio para ampliar las ecuaciones de campo de Einstein e incluir las fuerzas de torsión y Coriolis -. La solución resultante de Haramein-Rauscher explica el origen del espín y un colector superfluido del espacio.
El comportamiento de los superfluidos depende en gran medida del espín específico de las partículas que interactúan. Las partículas de espín entero, como los fotones, pueden superponerse fácilmente y formar una forma de onda unificada, que es lo que es la luz láser. Otros cuantos de este tipo, que al igual que los fotones se denominan bosones, pueden compartir el mismo estado cuántico, y cuando esto ocurre -generalmente a temperaturas de unos pocos nanokelvins por encima del cero absoluto- se forma un condensado de Bose-Einstein, en el que las partículas se comportan como una única onda macroscópica que oscila a la misma frecuencia.
Las partículas de espín semientero, como los electrones, no pueden compartir el mismo estado cuántico y, por tanto, existe una especie de fuerza repulsiva (presión de Pauli) que impide que se superpongan. Sin embargo, si dos electrones se emparejan, suman un espín entero (pares de Cooper) y ahora pueden comportarse como partículas de Bose-Einstein. La formación de pares de Cooper requiere las interacciones de muchos cuerpos de numerosos electrones, como lo que se encuentra en ciertos materiales que pueden volverse superconductores (generalmente sólo a temperaturas criogénicas), donde las corrientes eléctricas se conducen sin ninguna disminución con el tiempo o la distancia. La superconductividad es, por tanto, una simple superfluidez de pares de electrones cargados.
Stéphane Kéna-Cohen, coordinador del equipo de investigación que logró la superfluidez a temperatura ambiente, afirma: "Para lograr la superfluidez a temperatura ambiente, intercalamos una película ultrafina de moléculas orgánicas entre dos espejos altamente reflectantes. La luz interactúa muy fuertemente con las moléculas al rebotar entre los espejos y esto nos permitió formar el fluido híbrido luz-materia". De este modo, podemos combinar las propiedades de los fotones, como su ligera masa efectiva y su rápida velocidad, con las fuertes interacciones debidas a los electrones dentro de las moléculas. En condiciones normales, un fluido ondula y se arremolina alrededor de cualquier cosa que interfiera con su flujo. En un superfluido, esta turbulencia se suprime alrededor de los obstáculos, lo que hace que el flujo siga su camino sin alteraciones".
"El hecho de que tal efecto se observe en condiciones ambientales", dice el equipo de investigación, "puede desencadenar una enorme cantidad de trabajo futuro, no sólo para estudiar los fenómenos fundamentales relacionados con los condensados de Bose-Einstein con experimentos de mesa, sino también para concebir y diseñar futuros dispositivos fotónicos basados en superfluidos en los que se supriman completamente las pérdidas y se puedan explotar nuevos fenómenos inesperados".
Este resultado allana el camino no sólo para los estudios de sobremesa de la hidrodinámica cuántica, sino también para los dispositivos de polaritones a temperatura ambiente que pueden estar robustamente protegidos de la dispersión, una condición que puede ser inestimable para los cálculos basados en la fotónica en los computadores cuánticos y ópticos.
Artículo: https://phys.org/news/2017-06-stream-superfluid.html#jCp