Es cien millones de veces más diluido que el agua y su densidad, un millón de veces menor que la del aire. Así es el nuevo líquido cuántico que han desarrollado investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) en un estudio que ha sido publicado en la revista Science. Para ello, los científicos han empleado átomos ultrafríos y un innovador efecto cuántico.
Los gases y líquidos son dos estados de la materia que forman parte del día a día de cualquier persona. Los primeros son diluidos, compresibles y ocupan todo el espacio disponible, mientras los segundos son densos, su volumen está bien determinado. En pequeñas cantidades forman gotas, compuestas por partículas ligadas entre sí y aisladas del entorno por una superficie exterior bien definida. Al calentarlas, como cuando se hierve agua en la cocina, estas gotas se evaporan transformándose en gas.
Basándose en estas premisas, los investigadores del ICFO han podido generar un líquido cien millones de veces más diluido que el agua y un millón de veces menos denso que el aire, de tal forma que un líquido contenido en una cuchara sopera pudiese ocupar el volumen de una piscina olímpica. En condiciones normales, han explicado, esto sería imposible, pero a muy bajas temperaturas el comportamiento de la materia es cuanto menos sorprendente.
Para crear este nuevo líquido, este equipo científico ha enfriado un gas de átomos de potasio a -273,15º C. Una temperatura ante la cual los átomos aún conservan una propiedad intrínseca de los gases, ocupando todo el volumen disponible. Sin embargo, al mezclar dos gases que se atraen entre sí a esas temperaturas tan bajas, se pueden formar gotas líquidas ultradiluidas. “En muchos aspectos, nuestras gotas cuánticas de potasio son muy similares a las gotas de agua: tienen una forma y tamaño bien definidos. Por otra parte, están extremadamente frías y tienen propiedades cuánticas únicas” ha explicado Cesar R. Cabrera, primer autor del artículo.
Fluctuaciones cuánticas
La existencia de estas gotas se debe exclusivamente a las fluctuaciones cuánticas, un efecto que los investigadores han calificado como “sorprendente”. Además, los átomos que las forman no pueden estar en reposo absoluto y ese movimiento continuo genera una energía adicional que hace que las gotas muy pequeñas se evaporen convirtiéndose nuevamente en un gas.
Tal y como afirma Leticia Tarruell, investigadora que ha liderado los trabajos, “estas gotas son fascinantes porque, a pesar de ser objetos macroscópicos formados por miles de partículas, su comportamiento está totalmente determinado por fluctuaciones y correlaciones cuánticas. Al observar la transición de fase entre líquido y gas, podemos medir mejor estos efectos cuánticos”. En opinión de los científicos, el carácter ultradiluido y las propiedades de estas gotas las convierten en una gran ayuda para comprender mejor el comportamiento de muchas partículas cuánticas en interacción, así como algunas de las características comunes al helio líquido, las estrellas de neutrones o incluso algunos materiales complejos.
