Un equipo de físicos en Barcelona ha creado gotitas de líquido 100 millones de veces más delgadas que el agua que se mantienen juntas usando extrañas leyes cuánticas.
En un artículo publicado el 14 de diciembre en la revista Science, los investigadores revelaron que estas extrañas gotitas surgieron en el extraño mundo microscópico de una red láser, una estructura óptica utilizada para manipular objetos cuánticos, en un laboratorio del Instituto Español de Ciencias Fotográficas, o Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO). Y eran verdaderos líquidos: sustancias que mantienen su volumen independientemente de la temperatura externa y forman gotas en pequeñas cantidades. Eso es lo opuesto a los gases, que se propagan para llenar sus contenedores. Pero eran mucho menos densos que cualquier líquido que exista en circunstancias normales, y mantuvieron su estado líquido a través de un proceso conocido como fluctuación cuántica.
Los investigadores enfriaron un gas de átomos de potasio enfriado a menos 459,67 grados Fahrenheit (menos 273,15 grados Celsius), cerca del cero absoluto. A esa temperatura, los átomos formaron un condensado de Bose-Einstein. Ese es un estado de la materia donde los átomos fríos se agrupan y comienzan a superponerse físicamente. Estos condensados son interesantes porque sus interacciones están dominadas por leyes cuánticas, en lugar de las interacciones clásicas que pueden explicar el comportamiento de la mayoría de los grandes volúmenes de materia.
Cuando los investigadores juntaron dos de estos condensados, formaron gotitas, uniéndose para llenar un volumen definido. Pero a diferencia de la mayoría de los líquidos, que mantienen sus formas de gotas juntas a través de las interacciones electromagnéticas entre las moléculas, estas gotas mantienen sus formas a través de un proceso conocido como "fluctuación cuántica".
La fluctuación cuántica surge del principio de incertidumbre de Heisenberg, que establece que las partículas son básicamente probabilísticas: no tienen un nivel de energía o lugar en el espacio, sino que están unidas en varios niveles y ubicaciones de energía posibles. Esas partículas "manchadas" actúan un poco como si estuvieran saltando alrededor de sus posibles ubicaciones y energías, aplicando una presión sobre sus vecinos. Suma todas las presiones de todas las partículas que fluyen, y verás que tienden a atraerse entre sí más de lo que se repelen entre sí. Esa atracción los une en gotas.
Estas nuevas gotas son únicas porque la fluctuación cuántica es el efecto dominante que las mantiene en su estado líquido. Otros "fluidos cuánticos" como el helio líquido demuestran ese efecto, pero también involucran fuerzas mucho más poderosas que los unen mucho más estrechamente.
Sin embargo, las gotas de condensado de potasio no están dominadas por esas otras fuerzas y tienen partículas que interactúan muy débilmente y, por lo tanto, se extienden a través de espacios mucho más amplios, incluso mientras mantienen sus formas de gotas. En comparación con gotas de helio similares, escriben los autores, este líquido es dos órdenes de magnitud más grande y ocho órdenes de magnitud más diluido. Eso es un gran problema para los experimentadores, escriben los investigadores; Las gotas de potasio podrían resultar en modelos cuánticos mucho mejores para futuros experimentos que el helio.
Sin embargo, las gotas cuánticas tienen sus límites. Si tienen muy pocos átomos involucrados, colapsan, evaporándose en el espacio circundante.
