Qué es un supersólido, el extraño estado de la materia de esta partícula mitad luz, mitad materia
Para generalizar las codiciadas ventajas que ofrecen las computadoras cuánticas, los científicos están explorando los límites físicos de la materia. Por ello, cada vez es más común escuchar sobre nuevos estados de la materia, alejados de los clásicos sólido, líquido y gaseoso. Una reciente investigación ha anunciado que por primera vez se ha alcanzado la fase de la supersolidez, un híbrido entre líquido y sólido, en un conjunto de polaritones, cuasipartículas que combinan luz y materia.
El hito del estado de supersólido «a partir de luz» fue publicado en la revista Nature. Los líderes del proyecto aseguran que lograr que una red tridimensional de luz «fluya libremente» en una nanoestructura semiconductora sin perder su forma permitirá encontrar nuevas aplicaciones en dispositivos cuánticos basados en partículas de luz.
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Un equipo de científicos utilizó un modelo de IA para encontrar la manera de reducir los requisitos técnicos de una red de partículas entrelazadas cuánticamente.
Cómo atrapar luz y usarla como sensor
La física moderna ha demostrado que la luz se comporta simultáneamente como onda y como partícula. La energía de la luz está cuantizada; es decir, viene en paquetes de partículas fundamentales conocidas como fotones. Numerosos experimentos han confirmado que los fotones interactúan con otras partículas, tienen sombra, y pueden experimentar fenómenos exclusivos de un sistema de ondas.
Tras descubrir el extraño comportamiento de los fotones, los científicos intentaron capturarlos y aislarlos, como si se trataran de joyas en una caja. Lo lograron con la invención de cristales fotónicos que impiden que la luz se propague gracias a su estructura meticulosamente fabricada. Hoy en día, incluso hay fotografías de la forma de esas partículas.
Aunque atrapar luz ha sido toda una proeza, los investigadores pronto se dieron cuenta de que un fotón por sí solo tiene una interacción débil con la materia. Para fines tecnológicos, era necesario crear una partícula que se relacionara mejor. Así nació el polaritón, una cuasiparticula resultado de la unión entre un fotón y un excitón. Su principal característica es que su comportamiento se ve influenciado tanto por su naturaleza de luz, como por su naturaleza de material.
Los polaritones solo existen bajo ciertas condiciones y mientras estén sobre plataformas ópticas como los cristales y las microcavidades. Debido a su especial sensibilidad, ahora se prueban para funcionar como transistores ópticos en las máquinas cuánticas. En la computación tradicional, el papel de los transistores es amplificar una señal eléctrica y funcionar como interruptores de corriente.
El enigma de los supersólidos
En física, un «estado» es una fase de la materia con características únicas que pueden describirse matemáticamente. Cada estado depende de factores externos, como la temperatura o la presión. Una vez que las partículas entran en un estado, sus propiedades cambian en relación con otras de la misma composición química. Un sólido a gran escala es un material rígido, pero a microescala es un conjunto de partículas ordenadas en una red. Si esas mismas moléculas se desordenan o excitan, el material se vuelve líquido o incluso gaseoso.
La fase supersólida ha estado en las libretas de los físicos durante casi 50 años, y solo recientemente se ha podido encontrar evidencia de su existencia. En este estado contraintuitivo, las partículas que constituyen un material fluyen sin fricción sobre un entorno, aunque mantienen una estructura cristalina rígida, propia de los sólidos. Hasta ahora, solo se había conseguido alcanzar la fase supersólida en partículas condensadas ultrafrías de helio. Ahora, un equipo de científicos ha logrado ese estado exótico utilizando un condensado de polaritones dentro de un cristal fotónico.
«Este trabajo no solo demuestra la observación de una fase supersólida en una plataforma fotónica, sino que también allana el camino para la exploración de las fases cuánticas de la materia en sistemas fuera del equilibrio. Esto es particularmente significativo porque este enfoque tiene el potencial de cerrar la brecha entre la ciencia fundamental y las aplicaciones prácticas», aseguró Daniele Sanvitto, uno de los autores principales del estudio.