El supervidrio podría ser un nuevo estado de la materia

Patrick Barry
Science News
Traducción al español por Ciencia Kanija
12/12/08

Algunos átomos en un sólido similar al vidrio podrían fluir con una fricción cero.

Imagina un fluido que fluye tanto perfectamente como nada en absoluto. Un maestro Zen podría proponer tal acertijo, pero en una nueva prueba teórica, los físicos han demostrado que tal estado paradójico de la materia puede existir en realidad.

Se conoce como supervidrio — “súper” en el mismo sentido que los superconductores y los superfluidos, lo cual es como decir que tienen escondida cierta extrañeza cuántica.

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Un supervidrio parecería un sólido vidrioso normal. Como un vidrio común, los átomos en un supervidrio se ordenarían de forma aleatoria — en lugar de en una red cristalina — debido a que un vidrio es esencialmente un líquido que ha dejado de fluir.

Pero toma un trozo de supervidrio y gíralo, y alguna porción de sus átomos no rotarán. En lugar de esto, los átomos fluyen a través del sólido giratorio con fricción cero, como en un superfluido. Y debido a que no existe fricción, el resto de átomos en el sólido no pueden arrastrar estos escurridizos átomos — justo de la misma forma que un superfluido en un recipiente giratorio, desde el punto de vista de un observador, se mantendrá perfectamente quieto en lugar de girar con la copa.

Aunque la existencia de supervidrios no ha sido demostrada de forma concluyente en el laboratorio, una investigación de la que se informa en el ejemplar del 8 de diciembre de Physical Review B demuestra que las leyes de la física permiten este exótico estado de la materia a temperaturas cercanas al cero absoluto, o -273º Celsius.

“En realidad es un poco paradójico que normalmente pienses en un vidrio como un fluido que no fluye, pero un supervidrio se comporte también como un superfluido”, dice Claudio Chamon, teórico de materia condensada en la Universidad de Boston y coautor del estudio. El fenómeno es “sólo mecánico cuántico — no sucede en el sistema clásico”, en el cual los átomos se piensa que imaginan actuando como diminutas bolas de billar.

Los físicos aún no comprenden completamente cómo algunos de los átomos de un supervidrio serían capaces de moverse con fricción cero. Chamon dice que el fenómeno podría estar relacionado con el hecho de que, cuando los átomos se enfrían cerca del cero absoluto, comienzan a actuar menos como partículas y más como ondas mecánico cuánticas. Cuando los átomos similares a ondas se enfrían, se “difuminan” y comienzan a solaparse entre sí. Finalmente, algunos de estos átomos del supervidrio se difuminan tanto que pueden fácilmente intercambiar sus lugares con los átomos vecinos, permitiéndoles moverse a través del sólido sin impedimento.

“Depende del hecho de que son idénticos, por lo que pueden ocupar el mismo estado mecánico cuántico”, dice Chamon. Por esta razón, sólo los átomos que contienen un número par de partículas subatómicas pueden formar un supervidrio. Tales átomos son conocidos como bosones, y al contrario que los átomos con un número impar de partículas subatómicas, los bosones vecinos pueden asumir el mismo estado mecánico cuántico, haciéndose de esta forma completamente indistinguibles unos de otros.

“Es realmente importante demostrar teóricamente que un estado de vidrio superfluido puede ser estable”, comenta Boris Svistunov, teórico de materia condensada en la Universidad de Massachusetts en Amherst. En 2006, Svistunov y sus colegas descubrieron la fase de supervidrio en una simulación por ordenador de helio-4 sólido. Pero estas simulaciones no pudieron demostrar si el nuevo estado de la materia era estable, o si duraría más de una fracción de segundo.

Con la nueva prueba, Chamon y sus colegas “básicamente demuestran por primera vez que existe un modelo en el cual el estado de supervidrio se garantiza que es estable”, dice Svistunov.