Los neutrones delatan nuevas ondas de densidad ultracortas

Científicos del Instituto Laue-Langevin (Francia) -uno de los centros más importantes en ciencia de neutrones- han llevado a cabo la primera investigación de líquidos de fermiones bidimensionales utilizando la dispersión de neutrones; descubriendo así, un nuevo tipo de onda de densidad, de muy corta longitud.

El equipo cree que su descubrimiento, publicado en la revista ‘Nature’, interesará a los desarrolladores de sistemas electrónicos, ya que este tipo de fluctuaciones de densidad podrían generar superconductividad a altas temperaturas.

Los líquidos de Fermi se componen de partículas de fermiones que interactúan fuertemente -un grupo que incluye quarks, electrones, protones y neutrones- comunes en la naturaleza, y que se encuentran en el núcleo atómico, los metales, los semiconductores y las estrellas de neutrones. También son uno de los dos tipos de líquidos cuánticos utilizados para modelar y explicar la compleja interacción entre los átomos o, incluso, partículas sub-atómicas que se rigen por la mecánica cuántica -en un campo conocido como ‘física de muchos cuerpos’.

Las partículas de fermiones se definen por su adhesión al Principio de Exclusión de Pauli, que indica que dos fermiones idénticos no pueden existir en el mismo estado energético -por lo que los sistemas de fermiones son especialmente complicados. Por tanto, mientras que otros tipos de líquidos cuánticos, compuestos por gluones y fotones, son bien entendidos en términos de sus características físicas subyacentes, los líquidos de fermiones siguen siendo misteriosos.

Como parte de esta investigación en curso, un equipo de investigadores del Instituto Néel, en Francia; la Universidad Aalto, en Finlandia; el laboratorio estadounidense Oak Ridge; la Universidad de Buffalo, en los Estados Unidos; y la Universidad Johannes Kepler, en Austria ha llevado a cabo la primera investigación directa sobre excitaciones elementales, de corta longitud de onda, en un líquido de fermiones, mediante la técnica de dispersión inelástica de neutrones. En el estudio, los neutrones se concentraron en una capa de helio-3, de un átomo de espesor, que actuó como líquido de Fermi a temperaturas cercanas al cero absoluto.

Usando esta técnica de dispersión, los científicos pudieron observar ondas de densidad de corta longitud, de alta frecuencia, conocidas como oscilaciones ‘zero-sound’. Los resultados de los experimentos de dispersión revelaron que el modo ‘zero-sound’ tenía una duración mayor en este líquido de dos dimensiones, que la observada durante experimentos anteriores en líquidos a granel, donde fue amortiguado.

El descubrimiento de estas oscilaciones en un líquido fermión de helio es particularmente interesante, ya que se cree que si este tipo de oscilación de densidad de alta frecuencia se encuentra en otro líquido fermión, compuesto de electrones, esto podría convertirse en un mecanismo para la superconductividad de alta temperatura. Una vez que el equipo haya completado su investigación sobre las propiedades de los sistemas de helio, su próximo paso será extender este conocimiento a los líquidos de electrones.

El doctor Henri Godfrin, director de investigación en el Centro Nacional de Investigaciones Científicas francés (CNRS), con sede en el Institut Néel, concluye que “para aquellos que trabajan con sistemas electrónicos, va a ser muy interesante ver si esta propiedad existe en sus propios sistemas -y este hallazgo sugiere que es totalmente posible. Este es un descubrimiento importante en el campo de los fluidos cuánticos, con consecuencias directas en otras áreas de la física, especialmente, en la comprensión de la composición de los metales y las estrellas de neutrones”.

Fuente

Acerca de A. Arrieta

Físico egresado de la Universidad de Córdoba con sede en la Ciudad de Montería. Magister en Física de la Universidad Nacional de Colombia con sede en la ciudad de Medellín. Docente del Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) y docente adscrito a la Secretaría de Educación de Medellín. "Amarrar el conocimiento no te hace más sabio, en cambio compartirlo te hace más útil a la sociedad, trascender y no morir para siempre"
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