Físicos del ICFO de Barcelona logran crear gotas cuánticas ultradiluidas que se mantienen en estado líquido

En un artículo publicado en 'Science', los investigadores revelaron que estas extrañas gotitas surgieron en una red láser: una estructura óptica utilizada para manipular objetos cuánticos.

Se trata de verdaderos líquidos: sustancias que mantienen su volumen independientemente de la temperatura externa y forman gotas en pequeñas cantidades; lo que los diferencias de los gases, que se expanden para llenar sus contenedores. Pero eran mucho menos densas que cualquier líquido que exista en circunstancias normales, y mantuvieron su estado líquido a través de un proceso conocido como fluctuación cuántica.

Para conseguirlo, los científicos enfriaron un gas de átomos de potasio a -273.15º C, muy cerca del cero absoluto. Aunque a estas temperaturas los átomos se comportan como ondas y obedecen las leyes de la mecánica cuántica, aún conservan una propiedad intrínseca de los gases: ocupan todo el volumen disponible.

Sin embargo, al mezclar dos gases que se atraen entre si 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 --explica en un comunicado Cesar R. Cabrera, primer autor del artículo--. Por otra parte, están extremadamente frías y tienen propiedades cuánticas únicas".

De hecho, la existencia de estas gotas líquidas se debe enteramente a las fluctuaciones cuánticas, un fascinante efecto cuántico intrínseco. Además, debido a la mecánica cuántica, los átomos que forman una gota no pueden permanecer completamente en reposo en su interior: esto está prohibido por el principio de incertidumbre de Heisenberg. Por lo tanto, permanecen en movimiento perpetuo, lo que lleva a una presión cuántica que hace que las gotitas muy pequeñas sean inestables y las evapore en un gas en expansión.

La profesora Leticia Tarruell comenta, por su parte, que las "gotitas son objetos macroscópicos fascinantes: incluso si están formados por miles de partículas, su comportamiento aún está completamente determinado por las fluctuaciones cuánticas y las correlaciones". "Al observar la transición de fase entre el líquido y el gas, medimos con mucha precisión estos sorprendentes efectos cuánticos", añade.

La combinación única de dilución y virtud cuántica hace que las gotas de líquido cuántico sean un banco de pruebas ideal para comprender mejor los sistemas cuánticos formados por muchas partículas interactuantes y comprender las características que comparten con helio líquido, estrellas de neutrones u otros materiales complejos.