Supersólido: ¿un nuevo estado de la materia?

El helio se comporta de manera muy extraña bajo un frío intenso, como si fuera consistente y fluido a la vez, lo que induce a algunos científicos a pensar que la materia se presenta en un quinto estado además del sólido, líquido, gaseoso y superfluido.

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Los manuales de Física indican que los materiales sólidos tienen forma y volumen constantes y se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras. Los líquidos no tienen forma fija pero sí volumen, y los gaseosos carecen de forma fija y su volumen varía al cambiar la temperatura y la presión.

A estos tres estados clásicos de la materia, se agregó en el siglo XX la supefluidez, caracterizada por la ausencia total de viscosidad, con lo que en un circuito cerrado un elemento en este estado fluiría eternamente sin fricción.

En el siglo XXI, podría confirmarse que existe un quinto estado, la supersolidez, del cual se han obtenido los primeros indicios hace menos de una década.

Según el físico estadounidense John Reppy, uno de los principales investigadores mundiales de los superfluidos, a temperaturas próximas al denominado ‘cero absoluto’ (la menor temperatura posible: 273 grados centígrados bajo cero o cero Kelvin -0 K- ) la materia, y más concretamente dos isótopos del helio, tienen comportamientos muy extraños.

Los superfluidos pueden pasar a través de cualquier superficie sin fricción alguna, atravesar las paredes de los contenedores fluyendo por sus poros y atendiendo sólo a su propia inercia, reptar hacia arriba por los lados de cualquier recipiente, llegar al borde y bajar por las paredes exteriores, ha explicado Reppy, en declaraciones a la revista ‘Muy Interesante’.

La superfluidez ha sido comprobada en el helio líquido, porque este gas posibilita alcanzar las temperaturas más bajas que se pueden reproducir hasta ahora en un laboratorio y ofrece la posibilidad de estudiar muchos fenómenos diferentes.

Las investigaciones de Reppy se han centrado en uno de los isótopos (átomos de un mismo elemento con diferente masa atómica) de este gas, el helio-4, que cuando baja a temperaturas cercanas al “0 K” se convierte en un superfluido que se comporta de forma contraria a lo que hace un líquido normal, “algo mágico”, según este físico.

El helio-3 también se vuelve superfluido cerca del cero absoluto, pero los científicos trabajan menos con este isótopo, porque es escaso en la naturaleza terrestre si bien abunda en la superficie lunar.

 LA MATERIA SE VUELVE DESCONCERTANTE.

“Un fenómeno nuevo y emocionante, si es que existen en realidad”, según Reppy, son los supersólidos, un posible estado de la materia, en la que ésta mantiene su estructura de rejilla pero sin ser rígida y que, probablemente, posea propiedades elásticas. Su primera evidencia la obtuvo, en 2004, el investigador Moses Chan, en la Universidad Estatal de Pensilvania (EE.UU.).

El doctor Reppy y su equipo de la Universidad de Cornell, han reproducido el experimento de Chan, comprobando que lo se observó en el ensayo de 2004 es “un elemento químico dominado por las propiedades elásticas de un sólido”, pero esto debe confirmarse porque aún no se dispone de instrumentos que puedan detectar un supersólido con eficacia y otros investigadores han obtenido resultados distintos.

Uno de los problemas con que se enfrentan los físicos de Cornell en la actualidad es que en los experimentos que están realizando con los instrumentos de medición actuales, las presuntas propiedades elásticas del supersólido, podrían estar siendo confundidas con las del helio sólido normal, el cual también se deforma y es elástico, bajo el frío extremo.

Aunque admite que los humanos tendemos a dejar que una idea se nos quede fija en la cabeza y luego interpretar todo en función de ella, el profesor Reppy cree en la existencia de los supersólidos, que si se demuestra –añade- “sería merecedor de un Premio Nobel”, al igual que sucedió en su momento con los superfluidos.

La Física de temperaturas ultrabajas ha desvelado que a apenas unas milésimas de grado por encima del cero absoluto, la materia adquiere propiedades insólitas y se comporta de formas insospechadas.

Dos de esas propiedades, que han merecido varios Premios Nobel, son la superconductividad, que es la capacidad de ciertos materiales, como el mercurio, de conducir electricidad sin resistencia ni pérdida de energía, y la superfluidez, que se caracteriza por la ausencia total de viscosidad y una extrema capilaridad, que permite que el Helio-3 pase por poros por los que no pasaría un gas.

En 2004, físicos de la Universidad Estatal de Pennsylvania (Penn State) en Estados Unidos, descubrieron una forma del helio-4 a la que llamaron ‘supersólida’, la cual incluye las propiedades de un superfluido, pero también las características de un sólido, lo que podría implicar la existencia de un nuevo estado de la materia.

 PRIMERAS EVIDENCIAS CIENTÍFICAS.

El profesor Moses Chan y el estudiante Eun-Seong Kim, de la Penn State, explicaron que su material es un sólido porque todos los átomos del helio-4 quedan congelados en una película cristalina rígida, tal como ocurre con los átomos y las moléculas de un cuerpo sólido normal, aunque en el helio esta congelación de los átomos no implica que permanezcan inmóviles.

Según Chan, cuando el helio-4 llega a una temperatura de un décimo de grado sobre el cero absoluto, los átomos de helio comienzan a comportarse como si fueran sólidos y fluidos a la vez, ya que parte de ellos se mueven a través de la película como un superfluido, un líquido que se mueve sin ninguna fricción.

Para informarnos sobre estos complejos hallazgos e investigaciones, Efe ha hablado con el físico teórico Emilio Silvera, quien ha señalado que el Premio Nobel de Física ha sido concedido en varias ocasiones a trabajos relacionados con la física de bajas temperaturas.

En 1996 fue el descubrimiento de la superfluidez del Helio-3; en 1997 el enfriamiento de átomo mediante rayo láser; en 1998 el descubrimiento y la explicación del efecto Hall cuántico fraccionario; en 2001 la realización de la Condensación de Bose-Einstein en gases atómicos diluidos; y en 2003 a los trabajos sobre la superconductividad y la superfluidez, de acuerdo a este experto (www.emiliosilveravazquez.com).

¿Qué tiene la Física de bajas temperaturas que su estudio merece tanto reconocimiento?, se pregunta el fundador de la asociación ‘Amigos de la Física 137 e/hc ’, a lo que responde: “el fenómeno más característico de la materia a bajas temperaturas es la ruptura de simetría, es decir, el hecho de que las configuraciones adoptadas por un sistema físico tienen menor simetría que sus fuerzas fundamentales”.

De acuerdo a este experto, autor del libro ‘El Universo y la Mente’, “la simetría se puede reducir de maneras muy distintas, lo que explica la gran diversidad de formas de la agregación de la materia que observamos en el mundo que nos rodea. Una menor simetría conlleva un mayor orden y una rigidez que lo preserva”.

“Muy por debajo de la temperatura ambiente aparecen nuevos tipos de orden que no observamos en la vida ordinaria. Dos fenómenos característicos del mundo de las bajas temperaturas son la superconductividad y la superfluidez”, dos ramas del saber que podrían “hacer avanzar a la humanidad, dando un salto hacia el futuro de increíbles consecuencias”, según Silvera.

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