1

Los investigadores del Laboratorio Nacional de Los Álamos Alexander Balatsky y Matthias Graf se unieron al físico de la Universidad de Cornell J.C. Séamus Davis y otros para describir una explicación alternativa del comportamiento del helio-4 que llevó a los científicos a creer durante casi 40 años que la sustancia podía mantener propiedades de un líquido y un sólido al mismo tiempo cuando se enfriaba hasta casi el Cero Absoluto.

El helio-4 es el mismo gas que se utiliza para llenar los globos de feria. Cuando se enfría a temperaturas inferiores a los 452 grados bajo cero Fahrenheit, el helio-4 se convierte en líquido, y en un líquido extraordinario. A temperaturas muy bajas, el helio-4 puede convertirse en un «superfluido», un líquido sin viscosidad que puede fluir sin obstáculos por la fricción.

Cuando se somete a presión a estas bajas temperaturas, los átomos de helio-4 se organizan en un entramado ordenado, o sólido, que los físicos creyeron hace casi 40 años que podría comportarse de una manera similar sin fricción como un supersólido – un estado teórico único de la materia en el que un entramado de material podría moverse como un único objeto sin fricción.

Los físicos llegaron a la idea de que el helio-4 se convierte en un supersólido tras hacer oscilar el helio-4 líquido de un lado a otro en un aparato especial que medía la velocidad de rotación. Cuando los investigadores midieron estos movimientos en condiciones que inducirían una forma sólida de helio-4, observaron que la velocidad de oscilación aumentaba ligeramente, como si alguna parte de la masa se hubiera soltado y estuviera desinhibida por la interacción con el resto del material. Este efecto se interpretó como una prueba de supersolidez, una fase en la que parte de la masa de un sólido no se mueve con el resto del entramado sólido, sino que fluye libremente por el entramado.

Los investigadores de Los Álamos, Balatsky y Graf, postularon que el efecto podría describirse con una explicación totalmente diferente. Creían que el cambio en la velocidad de oscilación podría haber surgido como resultado de una «congelación» gradual de las imperfecciones dentro de la red de helio-4. Para ilustrarlo a un nivel muy básico, Balatsky utiliza un huevo en rotación.

Un huevo fresco es una mezcla de yema y albúmina dentro de una cáscara. Cuando se hace girar, la interacción del líquido dentro de la cáscara del huevo da lugar a una rotación relativamente lenta. Sin embargo, si el huevo se congela, las imperfecciones dentro de la cáscara se congelan y el huevo gira mucho más rápido, como el aumento de la velocidad de oscilación que se observó en los primeros experimentos de oscilación torsional.

Para poner a prueba esta analogía simplificada, Balatsky, Davis y sus colegas idearon un experimento utilizando un oscilador torsional que era 10.000 veces más sensible que los utilizados en experimentos anteriores. Los investigadores observaron los resultados de variar la temperatura a una velocidad de oscilación constante frente a los resultados de variar la velocidad de oscilación a una temperatura constante. Compararon las excitaciones microscópicas dentro del helio-4 sólido en ambas condiciones y descubrieron que las curvas trazadas eran casi idénticas.

Quizás lo más significativo es que los investigadores no observaron un cambio repentino y claramente demarcado en la relajación de los defectos microscópicos a cierta «temperatura crítica» durante sus experimentos. La falta de una demarcación tan marcada proporciona pruebas en contra de un cambio de fase del helio-4 a un supersólido.

En cambio, sugiere que el comportamiento observado anteriormente fue el resultado de la física cotidiana y no de un comportamiento exótico.

«Aunque este experimento no descarta definitivamente la posibilidad de la formación de un supersólido en el helio-4, el hecho de que hayamos proporcionado una explicación alternativa razonable para el comportamiento observado en experimentos anteriores debilita el argumento de que lo que se estaba viendo era un cambio de fase a un supersólido», dijo Balatsky.

Además de los investigadores de Los Álamos, Balatsky y Graf, y del físico de Cornell, Davis, entre los coautores del artículo se encuentran: Ethan Pratt, anteriormente de Cornell, pero ahora en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología; Ben Hunt y el estudiante de posgrado Vikram Gadagkar en el Instituto Tecnológico de Massachusetts; y Minoru Yamashita en la Universidad de Kioto.