Se acumulan las pruebas sobre la existencia de una extraña y nueva forma de la materia llamada “supersólido”, en la cual una pequeña fracción de helio ultrafrío se desacopla del resto del sólido y fluye sin resistencia a través del material como si no estuviese allí. Aunque los primeros signos claros de supersólidos fueron obtenidos hace tres años por Moses Chan y sus colegas de la Universidad Estatal de Pennsylvania en los Estados Unidos, siguientes investigaciones arrojaron dudas sobre esos hallazgos. Ahora, sin embargo, Chan ha medido el calor específico de varias muestras de helio-4 y ha hallado un pico en los datos que según dice es una firma “probable” de la fase de supersólido (Nature 449 1025).
La supersolidez se predijo pro primera vez en 1969 por parte el teórico ruso Alexander Andreev e Ilya Liftshitz. Dijeron que los huecos en el entramado del helio sólido podrían colapsar en el mismo estado cuántico si el helio se enfriase hasta una temperatura extremadamente baja. Este condensado de Bose-Einstein (BEC) de huecos se comportaría como una entidad coherente, moviéndose a través del resto del sólido como un superfluido.
En 2004 Chan y su estudiante graduado Eun-Seong Kim hallaron las primeras evidencias de superfluidez en un oscilador de torsión, el cual consistía en una célula cilíndrica rellena de helio-4 a alta presión. La célula, que estaba suspendida de una vara, rotaba adelante y atrás mientras se enfriaba. Cuando la temperatura alcanzó aproximadamente los 200 mK, los investigadores observaron un cambio repentino en el periodo de oscilación de la célula, lo que interpretaron como una prueba de que aproximadamente un 1% de helio se había “desacoplado” del helio-4 sólido y no estaba oscilando.
Aunque esto fue tomado como un signo de supersolidez, posteriores experimentos de Chan y otros científicos revelaron que la temperatura de desacople y el porcentaje desacoplado variaron significativamente de una muestra a otra. Esto llevó a algunos físicos a sugerir que el efecto observado no estaba provocado por el condensado de los huecos, sino por el flujo del helio superfluido a lo largo de límites entre granos en muestras policristalinas, o por transición a una fase de “supercristal”. A principios de este año Chan y sus colegas repitieron sus experimentos de torsión en un único cristal de helio-4 – el cual no tenía límites entre granos. Esta vez el desacoplamiento se produjo a una temperatura menor, 75 mK, con sólo el 0,3 % de la muestra desacoplada – la mayor evidencia hasta ahora de que los huecos se convierten en superfluido.
Ahora Chan y sus colegas han medido el calor específico – la energía requerida para cambiar la temperatura de un material – de varias muestras de helio-4. Encontraron picos en el calor específico a aproximadamente 75 mK, lo cual les llevó a concluir que era una “probable” señal de la fase de supersólido. “Si existe una transición de fase real del sólido normal a la fase de supersólido, debería haber una firma termodinámica, como un pico en el calor específico del helio sólido”, explicó Chan. No obstante, el experimento no estaba diseñado para medir el desacoplamiento simultáneo de masa, y por tanto el equipo no puede tener certeza absoluta de que el pico esté asociado con la supersolidez.
El equipo también encontró que la dependencia de temperatura del calor específico estaba reñida con la esperada si se estaba formando un estado cristalino en el sólido – descartando la explicación del supercristal para el desacoplamiento.
El pico en la capacidad de calor sugiere que el estado supersólido surge en un segundo orden o transición de fase continua – igual que la superfluidez. “No existe un consenso teórico sobre la naturaleza de esta fase supersólida”, dijo Chan, “pero basándonos en nuestro conocimiento de los superfluidos, la transición es más probable que sea de segundo orden que de primer orden”.
Chan dijo a physicsworld.com que el equipo había incorporado termómetros más nuevos y sensibles en sus aparatos, lo cual debería permitirles hacerse una mejor idea de la forma exacta del pico. Analizando la forma, el equipo podría obtener una mejor comprensión de la naturaleza de la transición de fase. Chan también es entusiasta respecto a otras firmas de supersolidez tales como el “segundo sonido”, que es un drástico incremento en la conductividad térmica de un material cuando se convierte en un superfluido.
Ciencia Kanija
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