Superfluidez en mezclas de gases ultrafrías
El movimiento atómico y molecular aumenta con el aumento de la temperatura. A la inversa, a temperaturas ultrafrías, el movimiento casi se detiene. Los eventos pueden pasar a estar altamente correlacionados. Los átomos parecen combinarse juntos y perder su identidad individual, con lo cual se comportan menos como partículas y más como ondas de materia. Pueden formar nuevos estados de la materia cuántica realmente exóticos, como los superfluidos o los superconductores. El proyecto ATOMIX MIXTURES, financiado por la Unión Europea, estudió cuestiones fundamentales sobre mezclas de gases atómicos. Estas preguntas se pueden responder mejor al enfriar las mezclas a temperaturas ultrafrías, en las cuales dominan los efectos mecánico-cuánticos. Unos científicos estudiaron las interacciones en estos sistemas cuánticos de muchos cuerpos fuertemente correlacionados, poniendo especial hincapié en las fases superfluida y de tipo supersólido. Los investigadores estudiaron mezclas de Fermi-Fermi y Bose-Bose. También estudiaron mezclas de átomos ligeros y átomos pesados y gases de moléculas heteronucleares (con más de un tipo de átomo, a diferencia de, por ejemplo, el hidrógeno molecular, H2). Una de las características que distinguen a los gases son sus estados fundamentales o de mínima energía y, en este sentido, el diagrama de fases en estado fundamental proporcionó información importante. El diagrama de fases en estado fundamental de los gases de Fermi uniformes con acoplamiento espín-órbita mostró que el acoplamiento espín-órbita puede dar lugar a fases superfluidas exóticas que podrían revestir importancia para la computación cuántica tolerante a fallos. Uno de los resultados más importantes mostró que, cuando la interacción con el vecino más próximo se hace lo suficientemente fuerte, la fase supersólida es mucho más grande de lo normal. Recientemente se confirmaron las predicciones mediante simulaciones de Monte Carlo cuántico numéricamente exactas, que indican el camino hacia una ruta prometedora para obtener una fase supersólida por primera vez. Los estudios del diagrama de fases en estado fundamental de gases de dos especies con partículas emparejadas mostraron que existe una fase superfluida exótica arremolinada que no se había observado nunca. Finalmente, el trabajo sobre superfluidos de fermiones ultrafríos en presencia de campos magnéticos mostró una nueva visión de las transiciones de fase hacia el estado superfluido. El progreso fue impresionante y dio lugar a dieciocho publicaciones en revistas científicas de alto impacto sometidas a revisión, así como dos publicaciones en las revistas de la universidad coordinadora del proyecto. Recientemente, los gases ultrafríos han sido objeto de una explosión de actividad investigadora, ya que son el banco de pruebas ideal para fenómenos cuánticos. ATOMIC MIXTURES ha realizado una aportación importante a un campo que está evolucionando para abrir una ventana totalmente nueva al mundo.
Palabras clave
Superfluidos, temperaturas ultrafrías, materia cuántica, gases atómicos, Fermi, Bose
