Investigadores de la Academia China de Ciencias han demostrado experimentalmente por primera vez la superfluidez de contra-flujo (CSF). Este estado cuántico exótico permite que dos componentes, como diferentes tipos de átomos o spins, fluyan en direcciones opuestas mientras permanecen perfectamente correlacionados. A pesar de que ambos componentes son superfluidos, el sistema global permanece estacionario e incomprensible.
Según los investigadores, la CSF servirá como una herramienta significativa para estudiar y simular sistemas cuánticos complejos en entornos ultrafríos, especialmente para explorar nuevas fases cuánticas y fenómenos relacionados con el spin.
Aunque el concepto de superfluidez de contra-flujo no es nuevo, conocido desde hace dos décadas, su observación experimental ha sido un desafío debido a dificultades técnicas. La implementación experimental requería una preparación meticulosa de estados sin defectos y un calentamiento mínimo durante las manipulaciones coherentes.
Para lograr esta fase 'oculta' de CSF, los científicos crearon un sistema de dos componentes utilizando átomos de rubidio-87 con dos estados de spin diferentes. Estos átomos fueron colocados en una red de luz láser, atrapándolos en posiciones específicas, lo que llevó a la formación de un aislante de Mott, un material fascinante que, teóricamente, conduce electricidad, pero en la práctica no lo hace debido a fuertes interacciones entre los spins de las partículas.
Al ajustar las interacciones entre los átomos a una temperatura de un nanokelvin (-273,15 °C), los investigadores pasaron de un estado 'congelado' a un estado en el que los dos tipos de átomos fluían en direcciones opuestas mientras permanecían perfectamente equilibrados, confirmando la existencia de la superfluidez de contra-flujo.
Para validar sus hallazgos, los investigadores utilizaron un microscopio de gas cuántico, una herramienta de imagen avanzada que permite a los científicos observar átomos individuales dentro de una red. Midieron las correlaciones entre diferentes posiciones y spins de los átomos, confirmando la presencia de correlaciones anti-par, que son características de la CSF.
Esta observación confirmó que cuando un átomo se mueve en una dirección, otro átomo en un estado de spin opuesto se mueve en la dirección opuesta. Además, los investigadores observaron correlaciones de largo alcance en los estados de spin, lo que indica que el sistema mantenía coherencia en toda la red, otro fuerte indicador de la fase CSF.
Además de este descubrimiento, matemáticos de la Universidad Politécnica de Tomsk han desarrollado un nuevo enfoque para describir sistemas cuánticos no lineales abiertos utilizando una aproximación cuasi-clásica. Este método simplifica las ecuaciones de Schrödinger, vinculando la mecánica clásica con la física cuántica y mejorando la comprensión de los vórtices superconductores y la dinámica de los gases superfluidos.
El nuevo método permite una mejor comprensión de los procesos físicos complejos en sistemas abiertos, que representan escenarios del mundo real. Mientras que los métodos tradicionales a menudo enfrentan limitaciones, este enfoque innovador busca superar algunos de estos desafíos, abriendo potencialmente el camino para avances en tecnología cuántica.