Hola amigos: A VUELO DE UN QUINDE EL BLOG., el Helio(He) un elemento químico ha posibilitado a dos científicos de la Universidad de Pennsylvania el profesor Moses Chan y el estudiante Eun-Seong Kim, descubrir una nueva fase de la materia que viene hacer una forma supersólida a base del helio-4, que tiene todas las propiedades de un superfluido . La nueva fase de la materia es una forma ultrafría, supersólida, de helio-4. Este descubrimiento es asombroso por que como todos conocíamos la materia es : Sólida, Líquido y Gaseosa, ahora tendremos que agregar una nueva fase : "Supersólido", los invito a leer los comentarios:...................
A photo of the torsional oscillator we used in our experiment:
The torsional oscillator is secured onto a cooling stage of our dilution refrigerator. The torsion rod, the torsion bob and the central electrode are shown. The fixed drive and detection electrodes are not shown.
Photo credit: Penn State
The torsional oscillator is secured onto a cooling stage of our dilution refrigerator. The torsion rod, the torsion bob and the central electrode are shown. The fixed drive and detection electrodes are not shown.
Photo credit: Penn State
Descubren un nuevo estado de la materia denominado supersólido
Los átomos de helio se comportan como si fueran sólidos y fluidos a la vez
Científicos de la Universidad de Pennsylvania han descubierto una
forma supersólida de helio-4 con todas las propiedades de un
superfluido, lo que puede implicar el descubrimiento de un nuevo estado
de la materia en el que los átomos se comportan como si fueran sólidos y
fluidos a la vez. Si el experimento llegara a establecerse como
definitivo, se confirmaría que los tres estados de la materia (sólido,
líquido y gaseoso) pueden acceder a un nuevo estado, de naturaleza
superior, previsto por la condensación de Bose-Einstein, según la cual
todas las partículas se condensan en determinadas condiciones en un
mismo estado cuántico. El experimento plantea también nuevos
interrogantes acerca de las fronteras reales del universo cuántico. Por
Eduardo Martínez.
Dos físicos de la Penn State University de Pennsylvania, el
profesor Moses Chan y el estudiante Eun-Seong Kim, han descubierto una
nueva fase de la materia, una forma supersólida del helio-4, que tiene
todas las propiedades de un superfluido. La nueva fase de la materia es
una forma ultrafría, supersólida, de helio-4.
El helio-4 congelado se comporta como una combinación de sólido y súperfluido. Según sus descubridores, es la primera vez que se obtiene en laboratorio un material sólido con las características de un superfluido.
Los investigadores explican 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 como es el hielo. Sin embargo, en el caso del helio esta congelación de los átomos no implica que estén inmóviles.
Cuando el helio-4 llega a la temperatura adecuada (apenas un décimo de grado sobre el cero absoluto), la película que forma comienza a experimentar las leyes de la mecánica cuántica.
En ese momento, los átomos de helio comienzan a comportarse como si fueran sólidos y fluidos a la vez. Una parte de los átomos de helio comienza a moverse a través de la película como una sustancia conocida como súperfluido, un líquido que se mueve sin ninguna fricción. Dado que es un sólido con propiedades de superfluído, los investigadores han denominado a este nuevo estado de la materia “supersólido”.
Lo que se desprende de este experimento es que cuando el helio-4 se enfría a temperaturas extremas, la condensación Bose-Einstein lo convierte en un superfluido. Aunque la teoría predice que la superfluidez sólo puede existir en el helio-4 sólido, la fase supersólida nunca se había comprobado en un experimento, que es lo que han hecho los científicos de Pennsylvania.
Un superfluido es un líquido que fluye sin fricción interna. Para que un líquido sea superfluido, sus átomos o moléculas deben ser enfriados o "condensados" hasta que alcanzan el mismo estado quántico.
La superfluidez, especialmente la que existe en el helio-3, es análoga a la superconductividad convencional de baja temperatura, en la cual los electrones fluyen a través de ciertos metales y aleaciones sin resistencia.
Leyes cuánticas
La materia está estructurada por átomos que obedecen las leyes de la mecánica cuántica. A temperaturas normales estas leyes concuerdan con las nociones clásicas, y las partículas de un gas se comportan como un grupo de bolas de tenis encerradas en una caja, chocando continuamente unas con otras.
Sin embargo, a medida que disminuye la temperatura comienza a manifestarse el carácter cuántico de los átomos: a temperaturas suficientemente bajas, algunas de las partículas subatómicas (más particularmente los bosones) tienden a acumularse en el estado cuántico energéticamente más bajo, conformando la así llamada condensación de Bose-Einstein.
La condensación de Bose-Einstein es un fenómeno cuántico que se manifiesta a escalas macroscópicas. Describe un nuevo estado de la materia que ya fue predicho por Albert Einstein en los años veinte del siglo pasado, al mismo tiempo que se desarrollaba la teoría de la mecánica cuántica.
Eric A. Cornell y Carl E. Weiman, de la Universidad de Colorado (USA), y Wolfgang Ketterle, del Massachusetts Institute of technology (USA), comprobaron la veracidad de la condensación Bose-Einistein y recibieron por ello el Premio Nobel de Física en 2001.
Superátomo, supersólido
A medida que la temperatura desciende, comienza a emerger el carácter ondulatorio de los átomos. Así, las diferentes ondas de materia pueden unirse unas con otras y coordinar su estado produciendo la condensación de Bose-Einstein.
En ese sentido, se suele decir que la condensación Bose-Einstein produce un superátomo, ya que todo el sistema debidamente enfriado queda descrito por una única función de onda, exactamente como ocurre con un solo átomo. También se puede hablar de materia coherente como ocurre con la luz coherente en el caso de un láser
Esto es precisamente lo que consiguieron los investigadores de Pennsylvania con el helio-4, ya que al ser solidificado a la temperatura adecuada (-273 grados Celsius) todas sus partículas alcanzaron un mismo estado quántico, fluyendo continuamente, por lo que denominan a este estado supersólido.
Tal como se explica en el comunicado de la Universidad de Pennsylvania, los investigadores recurren al siguiente ejemplo para explicar el significado del experimento: las personas que viajan en el metro están tan apretadas que apenas pueden moverse. Pero si alcanzaran la fluidez del helio-4 a una temperatura adecuada, las personas del metro podrían moverse libremente por el vagón sin tocar a los demás viajeros.
Reforzada la condensación Bose-Einstein
Esto es lo que ha sucedido a nivel de los átomos del helio-4 y sólo puede explicarse porque las partículas subatómicas del helio se comportan como ondas a determinadas temperaturas, ya que, como comprobaron los investigadores, una ligera modificación de la temperatura reduce de nuevo el helio a su estado natural.
Es como si a los pasajeros del metro, una vez se hubieran acomodado para el viaje, perdieran la fluidez quedando inmovilizados en sus respectivos espacios debido a un ligero cambio en la temperatura ambiente.
Si el experimento de los investigadores de Pennsylvania, publicado en la revista Nature, llegara a repetirse y a establecerse como definitivo, se confirmaría que los tres estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso) pueden acceder a un nuevo estado, de naturaleza superior, previsto por la condensación de Bose-Einstein, según la cual todas las partículas se condensan en un mismo estado cuántico.
A lo largo del siglo pasado, se descubrieron otros fenómenos que pueden interpretarse también como manifestación de la condensación de Bose-Einstein. Por otro lado, en los últimos años han sido diversos los esfuerzos por descubrir nuevos estados de la materia, particularmente en lo que se refiere a los quarks, partículas que en vez de unirse para formar otras más complejas, permanecen libres en un aparente nuevo estado de la materia.
Respecto a los bosones, asimismo, diferentes experimentos realizados durante los últimos 15 años sugieren que estas partículas pueden existir como un metal, lo que contradice el sentido común y obliga a hablar también de un nuevo estado de la materia.
También los láseres
Por último, una de les líneas de investigación más candentes en la física actual es la utilización de haces de luz láser para manipular los átomos y conseguir nuevos estados de la materia, como los condensados de Bose-Einstein.
Este uso del láser puede servir también para conseguir superposición de electrones, los así llamados qubits (contracción de quantum y bits, bits cuánticos de información con más posibles valores que los clásicos 1 y 0). Estos qubits presentan un gran interés para la computación cuántica y para otros muchos ámbitos de la ciencia.
La condensación de Bose-Einstein, después del experimento de Pennsylvania, se refuerza aún más como un nuevo campo de la Física en el que el control del comportamiento cuántico de la materia a escala macroscópica abre un inmenso abanico de aplicaciones, al mismo tiempo que plantea nuevos interrogantes sobre las fronteras reales del Universo cuántico.
Las posibles aplicaciones van desde el desarrollo de interferometría atómica ultraprecisa y el empleo de láseres de átomos para diseñar nanoestructuras de gran precisión, hasta la obtención de relojes atómicos mucho más fiables que los actuales.
Fronteras cuánticas
Sin embargo, aparte de las posibles aplicaciones, el caso del helio confirma que el comportamiento cuántico de la materia a escala macroscópica es más sorprendente de lo que originalmente se había pensado.
Recientemente publicamos en [Tendencias]article: que científicos austriacos habían comprobado que las moléculas de tetrafenilporfirina tienen comportamientos ondulatorios similares a los de las partículas subatómicas, lo que planteaba dudas sobre las fronteras reales del universo cuántico.
Dado que la condensación Bose-Einstein ocurre también a nivel macroscópico, las sorprendentes propiedades del helio replantean la cuestión de hasta qué nivel de realidad rigen las leyes de la mecánica cuántica, que están en abierta contradicción con las leyes físicas conocidas.
El helio-4 congelado se comporta como una combinación de sólido y súperfluido. Según sus descubridores, es la primera vez que se obtiene en laboratorio un material sólido con las características de un superfluido.
Los investigadores explican 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 como es el hielo. Sin embargo, en el caso del helio esta congelación de los átomos no implica que estén inmóviles.
Cuando el helio-4 llega a la temperatura adecuada (apenas un décimo de grado sobre el cero absoluto), la película que forma comienza a experimentar las leyes de la mecánica cuántica.
En ese momento, los átomos de helio comienzan a comportarse como si fueran sólidos y fluidos a la vez. Una parte de los átomos de helio comienza a moverse a través de la película como una sustancia conocida como súperfluido, un líquido que se mueve sin ninguna fricción. Dado que es un sólido con propiedades de superfluído, los investigadores han denominado a este nuevo estado de la materia “supersólido”.
Lo que se desprende de este experimento es que cuando el helio-4 se enfría a temperaturas extremas, la condensación Bose-Einstein lo convierte en un superfluido. Aunque la teoría predice que la superfluidez sólo puede existir en el helio-4 sólido, la fase supersólida nunca se había comprobado en un experimento, que es lo que han hecho los científicos de Pennsylvania.
Un superfluido es un líquido que fluye sin fricción interna. Para que un líquido sea superfluido, sus átomos o moléculas deben ser enfriados o "condensados" hasta que alcanzan el mismo estado quántico.
La superfluidez, especialmente la que existe en el helio-3, es análoga a la superconductividad convencional de baja temperatura, en la cual los electrones fluyen a través de ciertos metales y aleaciones sin resistencia.
Leyes cuánticas
La materia está estructurada por átomos que obedecen las leyes de la mecánica cuántica. A temperaturas normales estas leyes concuerdan con las nociones clásicas, y las partículas de un gas se comportan como un grupo de bolas de tenis encerradas en una caja, chocando continuamente unas con otras.
Sin embargo, a medida que disminuye la temperatura comienza a manifestarse el carácter cuántico de los átomos: a temperaturas suficientemente bajas, algunas de las partículas subatómicas (más particularmente los bosones) tienden a acumularse en el estado cuántico energéticamente más bajo, conformando la así llamada condensación de Bose-Einstein.
La condensación de Bose-Einstein es un fenómeno cuántico que se manifiesta a escalas macroscópicas. Describe un nuevo estado de la materia que ya fue predicho por Albert Einstein en los años veinte del siglo pasado, al mismo tiempo que se desarrollaba la teoría de la mecánica cuántica.
Eric A. Cornell y Carl E. Weiman, de la Universidad de Colorado (USA), y Wolfgang Ketterle, del Massachusetts Institute of technology (USA), comprobaron la veracidad de la condensación Bose-Einistein y recibieron por ello el Premio Nobel de Física en 2001.
Superátomo, supersólido
A medida que la temperatura desciende, comienza a emerger el carácter ondulatorio de los átomos. Así, las diferentes ondas de materia pueden unirse unas con otras y coordinar su estado produciendo la condensación de Bose-Einstein.
En ese sentido, se suele decir que la condensación Bose-Einstein produce un superátomo, ya que todo el sistema debidamente enfriado queda descrito por una única función de onda, exactamente como ocurre con un solo átomo. También se puede hablar de materia coherente como ocurre con la luz coherente en el caso de un láser
Esto es precisamente lo que consiguieron los investigadores de Pennsylvania con el helio-4, ya que al ser solidificado a la temperatura adecuada (-273 grados Celsius) todas sus partículas alcanzaron un mismo estado quántico, fluyendo continuamente, por lo que denominan a este estado supersólido.
Tal como se explica en el comunicado de la Universidad de Pennsylvania, los investigadores recurren al siguiente ejemplo para explicar el significado del experimento: las personas que viajan en el metro están tan apretadas que apenas pueden moverse. Pero si alcanzaran la fluidez del helio-4 a una temperatura adecuada, las personas del metro podrían moverse libremente por el vagón sin tocar a los demás viajeros.
Reforzada la condensación Bose-Einstein
Esto es lo que ha sucedido a nivel de los átomos del helio-4 y sólo puede explicarse porque las partículas subatómicas del helio se comportan como ondas a determinadas temperaturas, ya que, como comprobaron los investigadores, una ligera modificación de la temperatura reduce de nuevo el helio a su estado natural.
Es como si a los pasajeros del metro, una vez se hubieran acomodado para el viaje, perdieran la fluidez quedando inmovilizados en sus respectivos espacios debido a un ligero cambio en la temperatura ambiente.
Si el experimento de los investigadores de Pennsylvania, publicado en la revista Nature, llegara a repetirse y a establecerse como definitivo, se confirmaría que los tres estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso) pueden acceder a un nuevo estado, de naturaleza superior, previsto por la condensación de Bose-Einstein, según la cual todas las partículas se condensan en un mismo estado cuántico.
A lo largo del siglo pasado, se descubrieron otros fenómenos que pueden interpretarse también como manifestación de la condensación de Bose-Einstein. Por otro lado, en los últimos años han sido diversos los esfuerzos por descubrir nuevos estados de la materia, particularmente en lo que se refiere a los quarks, partículas que en vez de unirse para formar otras más complejas, permanecen libres en un aparente nuevo estado de la materia.
Respecto a los bosones, asimismo, diferentes experimentos realizados durante los últimos 15 años sugieren que estas partículas pueden existir como un metal, lo que contradice el sentido común y obliga a hablar también de un nuevo estado de la materia.
También los láseres
Por último, una de les líneas de investigación más candentes en la física actual es la utilización de haces de luz láser para manipular los átomos y conseguir nuevos estados de la materia, como los condensados de Bose-Einstein.
Este uso del láser puede servir también para conseguir superposición de electrones, los así llamados qubits (contracción de quantum y bits, bits cuánticos de información con más posibles valores que los clásicos 1 y 0). Estos qubits presentan un gran interés para la computación cuántica y para otros muchos ámbitos de la ciencia.
La condensación de Bose-Einstein, después del experimento de Pennsylvania, se refuerza aún más como un nuevo campo de la Física en el que el control del comportamiento cuántico de la materia a escala macroscópica abre un inmenso abanico de aplicaciones, al mismo tiempo que plantea nuevos interrogantes sobre las fronteras reales del Universo cuántico.
Las posibles aplicaciones van desde el desarrollo de interferometría atómica ultraprecisa y el empleo de láseres de átomos para diseñar nanoestructuras de gran precisión, hasta la obtención de relojes atómicos mucho más fiables que los actuales.
Fronteras cuánticas
Sin embargo, aparte de las posibles aplicaciones, el caso del helio confirma que el comportamiento cuántico de la materia a escala macroscópica es más sorprendente de lo que originalmente se había pensado.
Recientemente publicamos en [Tendencias]article: que científicos austriacos habían comprobado que las moléculas de tetrafenilporfirina tienen comportamientos ondulatorios similares a los de las partículas subatómicas, lo que planteaba dudas sobre las fronteras reales del universo cuántico.
Dado que la condensación Bose-Einstein ocurre también a nivel macroscópico, las sorprendentes propiedades del helio replantean la cuestión de hasta qué nivel de realidad rigen las leyes de la mecánica cuántica, que están en abierta contradicción con las leyes físicas conocidas.
Información de : Tendencias Científicas
Probable Discovery of a New, Supersolid, Phase of Matter
Main Content
PLEASE NOTE: This press release was published in
2004. Since then, Professor Chan has disproved the claim presented here
of a probable discovery of supersolid helium. For more information about
how the researchers disproved their original findings, go to:
http://phys.org/news/2012-10-supersolid-helium.html.
In
the 15 January 2004 issue of the journal Nature, two
physicists from Penn State University will announce their
discovery of a new phase of matter, a "supersolid" form
of helium-4 with the extraordinary frictionless-flow
properties of a superfluid. "We discovered that solid
helium-4 appears to behave like a superfluid when it is
so cold that the laws of quantum mechanics govern its
behavior," says Moses H. W. Chan, Evan Pugh
Professor of Physics at Penn State. "We apparently have
observed, for the first time, a solid material with the characteristics
of a superfluid."
"The possible discovery of a new phase of matter, a supersolid,
is exciting and, if confirmed, would be a significant advance,"
comments John Beamish, professor of physics at the
University of Alberta and the author of a review of Chan's
discovery published in the "News and Views" section of Nature.
"If the behavior is confirmed, there are enough questions to be
answered about the nature and properties of supersolid helium
to keep both experimentalists and theorists busy for a long
time."
Chan and graduate student Eun-Seong Kim made this discovery
by using an apparatus that allowed them to compress helium-4 gas
into a sponge-like glass disk with miniature atomic-scale pores
while cooling it to almost absolute zero (-459.67 degrees
Fahrenheit). The porous glass was inside a leak-tight capsule,
and the helium gas became a solid when the pressure inside the
capsule reached 40 times the normal atmospheric pressure. Chan
and Kim continued to increase the pressure to 62 atmospheres.
They also rotated the experimental capsule back and forth, monitoring
the capsule's rate of oscillation while cooling it to the lowest
temperature.
Click on image for high-resolution file.
A photo of the torsional oscillator we used in our experiment:
The torsional oscillator is secured onto a cooling stage of our dilution refrigerator. The torsion rod, the torsion bob and the central electrode are shown. The fixed drive and detection electrodes are not shown.
Photo credit: Penn State
The torsional oscillator is secured onto a cooling stage of our dilution refrigerator. The torsion rod, the torsion bob and the central electrode are shown. The fixed drive and detection electrodes are not shown.
Photo credit: Penn State
"Something very unusual occurred when the temperature
dropped to one-tenth of a degree above absolute zero," Chan
says. "The oscillation rate suddenly became slightly more
rapid, as if some of the helium had disappeared." However, Chan
and Kim were able to confirm that the helium atoms had not
leaked out of the experimental capsule because its rate of oscillation
returned to normal after they warmed the capsule above one-tenth
of a degree above absolute zero. So they concluded that the
solid helium-4 probably had acquired the properties of a
superfluid when the conditions were more extreme.
Chan offers an analogy for understanding the results of this
experiment. "Imagine there is a pan holding a collection of
marbles and this pan with the marbles is suspended by a spring.
The pan is then made to oscillate up and down. The rate of
oscillation is determined by the combined weight of the pan and
the marbles. But if a few of the marbles suddenly become able
to hover above the other marbles and the pan, the overall
weight become lighter and the pan would oscillate at a faster rate,"
he explains. The researchers conclude that what happened inside
their experimental capsule is that the tightly packed helium-4
particles became so slippery that they were no longer coupled
to the walls of the glass sponge's micropores; in other words,
it became a supersolid.
Beamish notes that, although superfluids are rare, they "play a
fundamental role in fields as diverse as statistical mechanics and
fluid dynamics and they provide a valuable testbed for
applications ranging from turbulence to cosmology."
Chan says one way to think about the phenomenon of superfluidity is
to imagine that each particle of helium-4 is a person standing
on an overcrowded subway train at rush hour. "The door opens
and some of the people want to move out, but they are packed so
tightly together that there is a lot of friction between them.
Under normal conditions, the people who want to stay on the
train will be dragged out along with those who are pushing to
get out the door. But if the packed subway riders somehow became
infinitely slippery, they would flow like a superfluid--each moving
person gliding with ease around those who were standing still,"
he explains. In other words, superfluids flow with no friction
at all.
To understand how a supersolid could exist, you have to imagine the
realm of quantum mechanics, the modern theory that explains
many of the properties of matter. In this realm there are
different rules for the two categories of particles: fermions
and bosons. Fermions include particles like electrons and atoms
with an odd mass number, like helium-3. Bosons include atoms
with an even mass number, like helium-4. The quantum-mechanical rule for
fermions is that they cannot share a quantum state with other
particles of their kind, but for bosons there is no limit to
the number that can be in the identical quantum state. This
talent that bosons have for Rockettes-style coordination leads
to the remarkable properties that Chan and Kim discovered in
supercooled helium-4.
"When we go to a low-enough temperature, thermal energy is no longer
important and this quantum-mechanical effect becomes very
apparent," Chan explains. "In a supersolid of helium-4, its
identical helium-4 atoms are flowing around without any
friction, rapidly changing places--but because all its
particles are in the identical quantum state, it remains a
solid even though its component particles are continually flowing."
Chan and Kim tested their conclusion by performing the experiment
again, but this time with the fermion helium-3, which
theoretically is incapable of forming a supersolid. In this
experiment, they found that there was no change in the
oscillation period, even when the helium-3 was cooled to just
0.02 degrees above absolute zero--in stark contrast to the results
with helium-4. "This control experiment with helium-3 gives more
weight to our conclusion that the helium-4 in our experiment
appears to have become a supersolid," Chan says.
If Chan's experiment is replicated, it would confirm that all three
states of matter can enter into the "super" state, known as a
Bose-Einstein condensation, in which all the particles have
condensed into the same quantum-mechanical state. The existence
of superfluid and "supervapor" had previously been proven, but
theorists had continued to debate about whether a supersolid
was even possible. "One of the most intriguing predictions of
the theory of quantum mechanics is the possibility of superfluid
behavior in a solid-phase material, and now we may have observed this
behavior for the first time," Chan says.
Chan says his lab is interested in learning more about the
thermodynamic, acoustic, and other properties of supersolid
helium-4.
This research was supported by the Condensed Matter Physics Program of the National Science Foundation.
CONTACTS:
Moses Chan: (+1)814-863-2622, chan@phys.psu.edu
John R. Beamish: (+1)780-492-5692 or 5286, beamish@phys.ualberta.ca
Barbara Kennedy (PIO): science@psu.edu or +1-814-863-4682
Moses Chan: (+1)814-863-2622, chan@phys.psu.edu
John R. Beamish: (+1)780-492-5692 or 5286, beamish@phys.ualberta.ca
Barbara Kennedy (PIO): science@psu.edu or +1-814-863-4682
Francis (th)E mule Science's News
5 mayo 2009
Qué es exactamente un supersólido
“Ya me lo decía mi mamá,” la supersolidez debe ser cosa de
superhéroes de los 1930 (tras la Gran Depresión). Hoy, tras la Gran
Recesión todavía no lo tengo claro. ¿Qué es la supersolidez?
Alguna vez he hablado con especialistas sobre qué es un supersólido.
Dependiendo de con quien hables te lo define de una forma u otra. Todo
el mundo tiene claro lo que es un superfluido. Pero parece que no está
del todo claro cuando un superfluido bajo presión se convierte en un
supersólido. ¿Por qué no está claro cuando un sólido bajo ciertas
circunstancias se vuelve supersólido? Fenomenológicamente, un
superfluido se comporta como si estuviera formado por dos fluidos, uno
convencional y el otro “estrictamente” superfluido (teoría de Landau).
Un supersólido está formado por dos sólidos, uno convencional (sólido) y
el otro similar a un superfluido. Yo, la verdad, sigo sin enterarme muy
bien. Seré torpe.
Suena bien “supersólido.” Hoy por hoy, un artículo técnico será leído
en función de los “palabros” que aparecen en su título (y en su resumen
o abstract). ¡Qué cantidad de artículos se perderán en la “marabunta”
sólo porque su autor no domina el “marketing” del título! Me lo decía un
buen amigo, gran “ingeniero del título.” Dedícale tiempo al título.
Piensa bien los “palabros.” ¿Tú leerías un artículo técnico titulado
así? Si ni siquiera tú lo leerías, ¿cómo pretendes que los demás lo
hagan? El arte de la ingeniería del título. El arte de la ingeniería del
nombre. Los mejores entre mis amigos que se dedican al arte del
marketing (publicidad en prensa y radio) son filólogos. Por qué será que
una frase que “casi” podría entender un romano nos evoca recuerdos
ancestrales y nos acaba “llegando.” Cobran por su trabajo. No les puedo
pedir que trabajen gratis para mí. ¡Increíble los matices que tiene el
español! Ellos no dominan los matices del inglés. ¡Cómo pedirles que
dominen los matices del inglés técnico!
No me considero un ignorante. He leído muchos artículos en cuyo
título aparece el palabro “supersólido.” Sin embargo, si mi abuela me
pregunta qué es un supersólido, todavía no sé que contestarle. Debo ser
un ignorante. “Maestro de liendres, de todo sabe, de nada
entiende.” Tampoco me lo aclara el artículo de John Saunders, “Glassy State of Supersolid Helium,”
Science 324: 601-602, 1 May 2009 . Si no me lo aclara a mí, tampoco lo
hará a tí. Si ya sabes lo que es un supersólido y te atreves a
explicárselo a tu abuela con éxito, podrías aclarárnoslo a los demás en
los comentarios. Al grano.
Un superfluido (como el helio a baja temperatura) puede fluir por un
conducto (tubo) sin resistencia. ¿Por qué? Todos los átomos del
superfluido se encuentran en el mismo estado cuántico (estado de
Bose-Einstein). Lo que genere resistencia para uno de ellos debe ser
capaz de generar resistencia para todos ellos a la vez. Valga el símil
“exótico.” Un camión trailer de transporte de Seat Panda. Un Seat Panda
chocará contra un Mercedes y quedará hecho un acordeón (una vez ví un
ejemplo). Un camión trailer con 8 Seat Panda a bordo chocará contra
un Mercedes y ni se enterará de que ha pasado algo. Fluye sin
resistencia. Lo que para un Seat Panda es un barrera pero un trailer es
nimio.
¿Qué pasa cuando un fluido se pone en rotación lenta? Unos átomos
sienten la rotación antes que otros y los átomos del fluido empiezan a
rotar gradualmente. ¿Qué pasa cuando un superfluido se pone en rotación?
Todos los átomos forman un único estado cuántico luego todos se ponen a
rotar simultáneamente. ¿Qué pasa con un supersólido? El isótopo helio-4
a muy baja temperatura (decenas de milikelvins) es el arquetipo del
comportamiento de un supersólido. Ante rotaciones ultralentas, muestra
exactamente el comportamiento esperado para un supersólido (el mismo que
para un superfluido): todos los átomos se mueven se mueven de forma
“coherente” como si estuvieran exactamente en el mismo estado cuántico.
El supersólido se comporta como un sólido convencional y como un
superfluido. ¿Es el helio-4 es un supersólido “ideal”? Yo lo creía así,
pero no. Para el helio-4 sólido cristalino todo está claro, pero qué
pasa para el helio-4 sólido amorfo. ¿Amorfo? La confusión vuelve a
aparecer. Se comporta como un sólido y como un supersólido, pero un
supersólido “especial.” Cómo llamarle. Supersólido supercristalino (superglass supersolid).
¡Toma esa! Uno que no entendía lo que es un supersólido ahora tiene que
entender que hay varios tipos de supersólidos. No puedo explicar lo que
no tengo claro. Bueno, para los que lo tengan más claro que yo, el
artículo técnico es B. Hunt et al., “Evidence for a Superglass State in Solid 4He,” Science 324: 632-636, 1 May 2009 .
¿Cómo entender la supersolidez del helio-4? Quizás los teóricos nos
puedan aclarar algo. Uno de los grandes especialistas es Philip W.
Anderson (en superconductividad de alta temperatura, superfluidez y
supersolidez, o eso dicen). En el mismo número de Science publica un
artículo que debería aclarárnoslo todo, “A Gross-Pitaevskii Treatment for Supersolid Helium,” Science 324: 631-632, 1 May 2009 . Debería, pero no sé como decíroslo, a mí, cuando escribo esto, no me aclara nada.
La idea de Anderson es que en un sólido cristalino a baja temperatura
(menos de 50 mK (miliKelvin) para el helio 4) presenta un gas ralo de
bosones formado por las vacantes en el sólido (los huecos en la
estructura cristalina formados por átomos que, por ejemplo, se han
evaporado). Este gas de vacantes, a baja temperatura, se comporta como
un estado condensado de Bose-Einstein, es decir, como un superfluido. La
estructura cristlina del sólido representa la componente “sólida” del
supersólido y el flujo de las vacantes en el sólido es el que genera la
superfluidez propia de un supersólido.
Flujo sin fricción de átomos en helio sólido (helio supersólido). (C) Gunter Wagner http://www.ikz-berlin.de/
Noticia relacionada (traducción de Kanijo): “Los supersólidos vistos desde una nueva luz” [menéala en Menéame].
http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=joOQTn7nvuE
5 May 2009 ... Alguna vez he hablado con especialistas sobre qué es un supersólido.
Dependiendo de con quien hables te lo define de una forma u otra.
Dependiendo de con quien hables te lo define de una forma u otra.
francisthemulenews.wordpress.com/2009/05/05/que-es-exactamente-un-supersolido/ - 106k - Similar pages
Divisada nueva firma del supersólido.-
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).
 |
| Contenedor de silicio usado por Chan y sus colegas para medir la capacidad de calor del helio-4 sólido: se usó silicio debido a que tiene muy poca capacidad de calor |
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.
Información de : Ciencia Kanija.
Guillermo Gonzalo Sánchez Achutegui
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