Primera observación de gases impenetrables

MADRID 14 Abr. (EUROPA PRESS) -

Cuando una nube de gas se encuentra con otra normalmente pasan a través entre sí. Pero ahora, físicos del MIT (Instituto de Tecnología de Massachussets han creado nubes de gases ultrafrías que rebotan entre sí como si fueran bolas de billar, a pesar de que son un millón de veces más delgadas que el aire. Es la primera vez que se observa gases impenetrables.

Aunque este experimento implicó nubes de átomos de litio, que se enfrían cerca del cero absoluto, los resultados también podrían ayudar a explicar el comportamiento de sistemas similares, tales como estrellas de neutrones, superconductores de alta temperatura, y el plasma de quark-gluón, la sopa caliente de partículas elementales que se formó inmediatamente después del Big Bang. Un artículo que describe el trabajo, expuesto gráficamente en la imagen, se publica en el último número de 'Nature'.

Los investigadores, dirigidos por el profesor asistente de física del MIT Zwierlein Martin, llevaron a cabo su experimento con un isótopo del litio que pertenece a una clase de partículas denominadas fermiones. Todos los bloques de construcción de la materia - los electrones, protones, neutrones y quarks - son fermiones.

Los diferentes estados de la materia fermiónica se distinguen por su movilidad. Por ejemplo, los electrones pueden ser móviles, como en un metal, inmóviles, como en un aislante, o fluir sin resistencia, como en un superconductor. Sin embargo, para muchos tipos de material, incluyendo los superconductores de alta temperatura, no se sabe qué circunstancias inducen a los fermiones a formar un determinado estado de la materia. Esto es especialmente cierto en los materiales con los que interactúan fuertemente los fermiones, lo que significa que son más propensos a chocar entre sí (fenómeno también llamado dispersión).

En este estudio, los investigadores propusieron el modelo de sistemas de interacción fuerte, utilizando átomos de gas de litio para sustituir a los electrones. Al ajustar los estados de los átomos de litio "la energía con un campo magnético, que hicieron que los átomos interactúan entre sí con tanta fuerza como las leyes de la naturaleza lo permitan, lo que significa que se dispersan cada vez se encuentran con otro átomo.

Para eliminar cualquier efecto de la energía térmica, los investigadores enfríam el gas a cerca de la 50 milmillonésima parte de un Kelvin, cercana al cero absoluto (-273 grados Celsius). Usaron fuerzas magnéticas para separar el gas en dos nubes, denominadas 'giro arriba' y 'giro abajo', para hacerlas después chocar en una trampa formada por la luz láser. En lugar de pasar una a través de la otra, como los gases haría normalmente, las nubes se rechazaron de manera abrupta.

"Cuando vimos que estas ráfagas ultra diluidas de gas rebotan entre sí, nos sorprendió por completo", dice el estudiante graduado Ariel Sommer, autor principal del estudio.

Las nubes de gas con el tiempo se diluyen entre sí, pero en varios casos se tardó un segundo o más en producirse, un tiempo muy largo para los acontecimientos que ocurren a escalas microscópicas.

La investigación, llevada a cabo en el Centro MIT-Harvard para átomos ultrafríos, es parte de un programa destinado a uso de átomos ultra-fríos como sistemas para un modelo fácilmente controlable para estudiar las propiedades de materiales complejos, tales como superconductores de alta temperatura y nuevos materiales magnéticos que tienen aplicaciones en el almacenamiento de datos y mejorar la eficiencia energética.

En futuros trabajos, los investigadores planean limitar los gases de litio a dos dimensiones, lo que les permitirá simular el estado de dos dimensiones en el que los electrones existen en superconductores de alta temperatura.

Su trabajo también se puede utilizar para modelar el comportamiento de otros sistemas de interacción fuerte, como estrellas de neutrones de alta densidad, que son sólo unas pocas decenas de kilómetros de diámetro pero más masivas que nuestro sol.

Otra sustancia que interactúa con tanta fuerza como los átomos de las nubes de gas ultrafríos litio creado en el MIT es el plasma de quark-gluón, que existía en la formación del universo y ha sido recreado en colisionadores de partículas al chocar núcleos atómicos a energías correspondientes a mil millones de grados.