Se logra el hito mundial de convertir la luz en un supersólido
Los investigadores de los proyectos financiados con fondos europeos Q-ONE y PolArt han conseguido, por primera vez, que la luz se comporte como un supersólido. Este hito podría posibilitar una mejor comprensión del estado supersólido, una rara fase cuántica de la materia, y facilitar el desarrollo de numerosas aplicaciones, como los ordenadores cuánticos y los superconductores. En un estado supersólido, las partículas se organizan en una estructura cristalina ordenada, como en un sólido, pero también exhiben propiedades de flujo sin resistencia, como un fluido. Los científicos no lograron obtener pruebas experimentales convincentes de este estado hasta 2017. Ahora, en un estudio publicado en la revista «Nature», investigadores de Austria, Italia y Estados Unidos han llevado este conocimiento un paso más allá y han transformado la luz en un supersólido. «Esto es solo el principio de la comprensión del estado supersólido», afirman dos de los coautores del estudio, los físicos italianos Antonio Gianfrate, del Instituto de Nanotecnología del Consejo Nacional de Investigación de Italia (CNR-NANOTEC), y Davide Nigro, de la Universidad de Pavía, en un artículo de «Newsweek». El CNR-NANOTEC actúa como entidad coordinadora del proyecto Q-ONE y entidad socia del proyecto PolArt.
La manifestación de lo exótico
El estado supersólido de la materia suele manifestarse a temperaturas extremadamente bajas cercanas al cero absoluto (-273,15 ℃). Según los investigadores, a esta temperatura es a la que «emerge la naturaleza mecánico-cuántica de los átomos y aparecen las fases exóticas de la materia». La posible existencia de estas fases exóticas inspiró a los físicos a experimentar con fotones. Para crear su supersólido, el equipo de investigadores dirigió luz láser a una plataforma fotónica semiconductora de arseniuro de aluminio y galio, en la que los fotones se conducen como electrones. Su sistema se basa en la formación de cuasipartículas bosónicas denominadas «polaritones», que surgen del acoplamiento de fotones con excitones a través de fuertes interacciones electromagnéticas. En este sistema, los fotones pueden ocupar uno de los tres estados cuánticos, todos con la misma energía pero diferente número de onda. Al principio, los pocos fotones de la plataforma semiconductora tienen diferentes frecuencias y longitudes de onda desfasadas entre sí. Sin embargo, una vez que alcanzan un umbral de recuento, crean un único condensado de polaritones en el estado de energía más bajo posible. En el artículo de «Newsweek», Gianfrate y Nigro comparan la situación con un teatro abarrotado en el que solo hay tres asientos libres en la primera fila: uno en el centro y otros dos en cada uno de los extremos. «El asiento central tiene la mejor vista, así que es donde la gente quiere ponerse, pero en él solo se puede sentar una persona», explican los investigadores. «En un teatro cuántico... todo el mundo puede ocupar el asiento central, creando así lo que se conoce como “condensado de Bose-Einstein”: un estado superfluido en el que una gran fracción de partículas ocupa a la vez el estado cuántico de menor energía». Cuando el número de fotones en el asiento central alcanza un determinado umbral, pares de fotones son empujados a los otros dos asientos, los estados adyacentes, para reducir la energía del sistema. «Estos fotones forman condensados satélite con números de onda opuestos distintos de cero, pero con la misma energía (son isoenergéticos)», comentan los investigadores, señalando que así es como surge el estado supersólido. El proyecto Q-ONE (Quantum Optical Networks based on Exciton-polaritons) finaliza en 2027, mientras que el proyecto PolArt (Neuromorphic Polariton Accelerator) lo hará en 2028. Para más información, consulte: Sitio web del proyecto Q-ONE Sitio web del proyecto PolArt
Palabras clave
Q-ONE, PolArt, fotón, luz, polaritón, supersólido, cuántico, estado, energía, partícula, semiconductor
