En 2019, un grupo de científicos descubrió un nuevo estado de la materia que permite que los átomos existan como sólidos y líquidos al mismo tiempo. Este nuevo estado de la materia, conocido como «supersólido» o «etapa de fusión en cadena», ha sido objeto de mucha especulación e investigación teórica durante décadas, pero solo recientemente se ha observado en experimentos.
El estudio, que fue dirigido por el Dr. Andreas Hermann de la Universidad de Edimburgo, tiene el potencial de revolucionar nuestra comprensión del mundo natural y abrir nuevas posibilidades para la investigación de materiales en ciencia y tecnología.
Hasta ahora se creía que solo existían tres estados de la materia: líquido, sólido o gaseoso. Sin embargo, no estaba claro si las estructuras podrían representar un estado distinto de la materia durante la etapa de transición entre dos estados.
Los átomos manipulados reaccionan de manera diferente
Usando poderosas simulaciones por computadora en nanotecnología, el equipo de expertos pudo crear un supersólido usando un sistema de átomos de potasio que estaban atrapados en una red óptica (que se forma por la interferencia de rayos láser en átomos manipulados).
Al cambiar las interacciones entre los átomos, los científicos pudieron crear un estado en el que los átomos formaban una estructura sólida similar a un cristal. Pero al mismo tiempo, también exhibieron propiedades de un líquido que «fluye sin resistencia».
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“El potasio es uno de los metales más simples que conocemos, pero si lo aprietas, forma estructuras muy complicadas”, dijo Hermann, quien también imparte un curso en la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad.
“Las interacciones químicas entre los átomos en una red son fuertes, lo que significa que permanecen en forma sólida cuando la estructura se calienta, mientras que los otros átomos se derriten en un estado líquido”, dijeron los investigadores.
Hallazgos innovadores
Al simular cómo se comportan hasta 20.000 átomos de potasio en condiciones extremas, como calor o frío, el estudio reveló que las estructuras formadas representan un «estado estable de cadena fundida», lo que confirma la existencia de un cuarto estado de la materia.
«Aplicar presión a los átomos conduce a la formación de dos estructuras reticulares sólidas interconectadas», dijeron los investigadores, y agregaron que se pensaba que más de media docena de elementos probados, incluidos el sodio y el bismuto, «podrían existir en el estado recién descubierto».
La existencia de supersólidos desafía nuestra comprensión actual de la relación entre los estados sólido y líquido de la materia. En un sólido tradicional, los átomos están muy juntos y tienen posiciones fijas, mientras que en un líquido, los átomos pueden moverse libremente. Sin embargo, en un supersólido, los átomos están muy juntos y pueden fluir libremente, creando un estado único de materia que no es ni puramente sólida ni puramente líquida.
Los expertos también estaban estudiando un tipo de material llamado «polímero», que se compone de largas cadenas de moléculas. Al calentar el polímero a una temperatura específica y aplicar un estrés mecánico, los científicos pudieron crear un estado en el que las cadenas de polímero comenzaron a moverse y fluir como un líquido, manteniendo una estructura sólida.
Revolucionando la ciencia
Este descubrimiento tiene implicaciones de gran alcance para los campos de la química y la física, y podría dar lugar a nuevas tecnologías y aplicaciones. Por ejemplo, los supersólidos pueden ser útiles en la creación de sensores, rayos láser y dispositivos de fricción ultrabaja altamente eficientes; mientras que la capacidad de controlar las propiedades de la etapa de cadena fundida puede ayudar en el estudio de la física de la materia blanda y en la comprensión del comportamiento de los materiales a nanoescala.
Además, la capacidad de controlar las propiedades de los supersólidos también puede inspirar la investigación en el campo de la mecánica cuántica y el comportamiento de la materia a temperaturas extremadamente bajas.
La investigación sugiere que los materiales como el carbono y las bacterias almacenados bajo suelos congelados (permafrost) en el Ártico y partes de Siberia podrían comenzar a descongelarse a medida que se intensifican las preocupaciones ambientales, incluido el cambio climático y la contaminación, lo que representa un riesgo significativo para la salud de los humanos modernos y la vida silvestre.
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En general, el descubrimiento de supersólidos o átomos fundidos en cadena es un logro innovador que tiene el potencial de revolucionar nuestra comprensión del mundo natural. Es un momento emocionante para el campo de la física, ya que los científicos continúan explorando las propiedades y los usos potenciales de este nuevo estado de la materia para optimizar los equipos utilizados en tecnología, inteligencia artificial, robótica y física.
“Recrear este estado inusual en otros materiales podría tener todo tipo de aplicaciones”, concluyó el estudio.
