El inusual efecto cuántico que puede hacer invisible la materia, demostrado por primera vez por científicos.

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La técnica podría utilizarse para detener la pérdida de información de los ordenadores cuánticos.

Por fin se ha demostrado un extraño efecto cuántico que se predijo hace décadas: si se hace que una nube de gas sea lo suficientemente fría y densa, se puede volver invisible. Este extraño efecto es el primer ejemplo específico de un proceso mecánico cuántico conocido como bloqueo de Pauli.

Científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) utilizaron láseres para comprimir y enfriar gas de litio a densidades y temperaturas lo suficientemente bajas como para que dispersara menos luz. Al enfriar la nube aún más cerca del cero absoluto (-273,15 grados Celsius), esta se torna completamente invisible. Los resultados fueron publicados este jueves en la revista Science.

«Lo que hemos observado es una forma muy especial y sencilla de bloqueo de Pauli, que consiste en impedir que un átomo haga lo que todos los átomos harían de forma natural: dispersar la luz», indicó en un comunicado el autor principal del estudio, Wolfgang Ketterle, profesor de física del MIT. «Esta es la primera observación clara de que este efecto existe, y muestra un nuevo fenómeno en la física», agregó.

El bloqueo de Pauli proviene del principio de exclusión de Pauli, formulado por primera vez por el famoso físico austriaco Wolfgang Pauli en 1925. Este sostiene que todas las partículas llamadas fermiones (como protones, neutrones y electrones) con el mismo estado cuántico no pueden existir en el mismo espacio. 

Sin el principio de exclusión todos los átomos se colapsarían juntos al tiempo que entrarían en erupción en una enorme liberación de energía.

Invisibilidad de la materia

Al enfriar los átomos estos pierden energía, llenando todos los estados más bajos disponibles y formando un tipo de materia llamado mar de Fermi. 

Las partículas quedan encerradas unas en otras, sin poder ir a otros niveles de energía. En este punto, se apilan en tumultos y no tienen a dónde ir si son golpeadas. 

Están tan apiladas que las partículas ya no pueden interactuar con la luz. Por ende, la luz que se envía al interior cumple con el bloqueo de Pauli y simplemente traspasará, explican los investigadores.

Según el estudio, es complejo conseguir que una nube atómica alcance este estado. No solo necesita temperaturas increíblemente bajas, sino que también requiere que los átomos se aprieten hasta alcanzar densidades récord. Después de atrapar su gas dentro de una trampa atómica, los investigadores lo hicieron estallar con un láser. Tal y como predecía la teoría, los átomos enfriados y comprimidos dispersaron un 38% menos de luz que los que estaban a temperatura ambiente, lo que los hizo mucho más débiles.

Ahora que los investigadores han demostrado por fin el efecto de bloqueo de Pauli, podrían utilizarlo para desarrollar materiales que supriman la luz para evitar la pérdida de información en los ordenadores cuánticos.

Hielo XVIII: la enigmática forma que permite que el agua exista dentro de otros planetas.

Los investigadores han denominado también a esta materia «hielo negro» ya que presenta una tonalidad oscura porque interactúa con la luz de una forma diferente al agua.

Físicos del Laboratorio Nacional Argonne, con sede en Chicago, EE.UU., han repetido en un acelerador de partículas llamado sincrotrón la hazaña de obtener un nuevo estado de agregación del agua, llamado hielo super iónico de la fase XVIII, pero en unas condiciones mucho menos críticas a las que recurrieron hace dos años los investigadores de Berkeley.

«Fue una sorpresa, ya que nadie pensó que esta fase fuera a aparecer hasta que alcanzáramos presiones mucho más altas», comentó el profesor Vitali Prakapenka, científico de la Fuente de Fotones Avanzada (APS, por sus siglas en inglés) y el primer autor de un artículo al respecto publicado recientemente.

 El resultado se obtuvo a una presión de 20 gigapascales en vez de los 50, el valor sugerido la primera vez que se logró obtener este material, cuando una gota de agua adoptó esta forma durante un instante bajo los efectos de una potente onda de choque.

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El hielo XVIII, denominado también por los investigadores «extraño hielo negro», se obtuvo al comprimir el agua entre dos diamantes. 

El material más duro de la Tierra se utilizó para reproducir en condiciones de laboratorio la intensa presión que existe en los núcleos planetarios. 

Luego los científicos dispararon un haz de rayos X de alto brillo a través de estas piedras transparentes para calentar el agua, según el reciente comunicado emitido por el laboratorio.

«Imagine un cubo, una red con átomos de oxígeno en las esquinas conectados por hidrógeno cuando se transforma en esta nueva fase super iónica», propuso Prakapenka. 

«La red se expande, permitiendo que los átomos de hidrógeno migren mientras los átomos de oxígeno permanecen estables en sus posiciones». Según su explicación, en este estado se parece a «una red de oxígeno sólido en un océano de átomos de hidrógeno flotantes».

«Es un nuevo estado de la materia, por lo que básicamente actúa como un nuevo material y puede ser diferente de lo que pensábamos», adelantó Prakapenka. Concretamente, el equipo descubrió que el hielo de la fase XVIII se volvió menos denso, pero oscureció hasta adoptar un color negro, porque interactuaba con la luz de manera diferente que el agua.

Las mediciones de este equipo establecen áreas de estabilidad presión-temperatura en el hielo super iónico y su línea de fusión; estos datos sugieren la presencia de este material en forma cúbica en los planetas gigantes ricos en agua, como Neptuno y Urano.

Prakapenka afirmó, sin embargo, que todavía quedan muchos ángulos desde los que analizar este material, como la conductividad, viscosidad, estabilidad química o los cambios que se producen cuando el agua está mezclada con sales u otros minerales, entre otros. Por lo que esperan que este hallazgo solo sea un primer paso para más estudios sobre la cuestión.

Imagen de portada: Gentileza de Christian Sanner / Ye labs / JILA

FUENTE RESPONSABLE: RT en vivo. Noviembre 2021

Física cuántica/Ciencia/Investigación/Materia

 

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