Hemos hecho una cosa que se había teorizado, pero que nadie se había imaginado que pudiese hacerse
El mundo cuántico es extraordinario. Lo más extraño puede pasar: que los gatos estén vivos y muertos al mismo tiempo, o que las cosas aparezcan y desaparezcan a voluntad o incluso viajen adelante y atrás en el tiempo.
Porque ese mundo de lo infinítamente pequeño, el de las partículas, tiene sus propias reglas, leyes que muchas veces contradicen lo que ocurre en el mundo que conocemos, el que todos podemos tocar con la mano, el macroscópico.
Ahora, un grupo de investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) en Barcelona ha demostrado la existencia de otra de esas extravagancias cuánticas, una extraña y nueva fase de la materia que, además, han conseguido fotografiar y grabar en vídeo.
Se trata de un líquido cien millones de veces más diluido que el agua y un millón de veces menos denso que el aire.
Los resultados aparecen publicados esta semana en la revista «Science».
Los científicos utilizan un efecto cuántico para producir gotas formadas al mezclar dos gases de átomos de potasio enfriados a -273,15 grados centígrados, que es la temperatura más cercana del cero absoluto a la que se puede llegar.
«La verdad es que es un logro tan nuevo que no sabemos todavía cómo lo podemos utilizar. Hemos hecho una cosa que se había teorizado, pero que nadie se había imaginado que pudiese hacerse», ha explicado la profesora del ICFO Leticia Tarruell, que ha dirigido la investigación.
«Hemos hecho una cosa que se había teorizado, pero que nadie se había imaginado que pudiese hacerse.»
«El carácter ultra-diluido y las propiedades intrínsecamente cuánticas de estas gotas nos ayudan a comprender mejor el comportamiento de partículas cuánticas en interacción, y algunas características comunes al helio líquido, las estrellas de neutrones o incluso algunos materiales complejos».
«También es posible que con esta técnica podamos hacer medidas cuánticas más precisas».
Para conseguir las primeras «gotas líquidas cuánticas», el equipo de Tarruell ha creado una máquina específica, en cuyo desarrollo han tardado dos años, con la que, mediante rayos láser, han frenado el movimiento de los átomos de dos gases para enfriarlos al máximo.
La investigadora ha recordado que los líquidos y gases son dos estados de la materia habituales y que, mientras que los gases son diluidos, compresibles y ocupan todo el espacio disponible, los líquidos son densos, su volumen está bien determinado y en pequeñas cantidades forman gotas.
El líquido cuántico conseguido por el ICFO tiene los átomos muy alejados entre sí, por lo que es muchísimo más diluido que el agua de forma que, según Tarruell, «las gotas cuánticas que ocupan una cuchara, si tuvieran la misma densidad del agua, ocuparían toda una piscina olímpica».
«Aunque en condiciones normales esto es sin duda imposible, a muy bajas temperaturas la materia se comporta de forma inusual y sorprendente».
En el trabajo, en el que han trabajado Cesar R. Cabrera, Luca Tanzi, Julio Sanz, Bruno Naylor, Philip Thomas y Pierrick Cheiney, los investigadores han demostrado que a temperaturas cercana al cero absoluto los átomos se comportan como ondas y obedecen las leyes de la mecánica cuántica y que al mezclar dos gases que se atraen entre si a esas temperaturas se forman gotas líquidas ultra-diluidas.
«Nuestras gotas cuánticas de potasio son muy similares a las gotas de agua: tienen una forma y tamaño bien definidos, y están extremadamente frías y tienen propiedades cuánticas únicas».
Fluctuaciones cuánticas
De hecho, la existencia de estas gotas se debe exclusivamente a las fluctuaciones cuánticas, un efecto cuántico «sorprendente» que hasta ahora sólo había sido imaginado, pero no demostrado empíricamente, según Tarruell.
La investigadora advierte sin embargo de que, debido al principio de incertidumbre de Heisenberg, los átomos que forman las gotas no pueden estar nunca en reposo absoluto «y cualquier movimiento es calentamiento», por lo que se genera una pequeña energía adicional que hace que las gotas muy pequeñas se evaporen convirtiéndose nuevamente en gas.
«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».
Tarruell ha precisado que ahora están preparados para «hacer gotas líquidas cuánticas todas las veces que queramos».
«La mayor dificultad no ha sido que se formaran las gotas líquidas cuánticas, sino saber que se habían formado, verlas para poder demostrarlas» y para ello montaron un microscopio especial, mientras que para comprobar que era un líquido y no un gas, lo encerraron en una caja y al abrirla no se expandió como hubiera hecho un gas, sino que el líquido lo pudieron poner en otro contenedor.
Computación cuántica
Sobre el futuro del ordenador cuántico, Tarruell ha explicado que ya se utilizan «simuladores cuánticos», que son ordenadores cuánticos hechos para resolver un problema específico y que son más eficientes que un ordenador normal.
«Algún día habrá un ordenador cuántico universal que podrá resolver cualquier problema. Cuando tienes un problema y no sabes la solución, los átomos siempre encuentran la solución, sólo hay que medirlos».
