En la búsqueda de las prometedoras ventajas de las computadoras cuánticas, los científicos están indagando en los límites físicos de la materia. Esto ha llevado a un creciente interés por nuevos estados de la materia que se alejan de las categorías tradicionales de sólido, líquido y gaseoso. Recientemente, se ha informado que por primera vez se ha logrado alcanzar la fase de supersolidez, un estado híbrido entre líquido y sólido, en un conjunto de polaritones, que son cuasipartículas resultantes de la combinación de luz y materia.
Este avance en la fase de supersolidez «a partir de luz» fue documentado en la revista Nature. Los investigadores del proyecto afirman que permitir que una red tridimensional de luz «fluya libremente» en una nanoestructura semiconductora sin perder su forma podría abrir nuevas posibilidades en el desarrollo de dispositivos cuánticos que utilicen partículas de luz.
Capturando luz para su uso como sensor
La física contemporánea ha demostrado que la luz se comporta tanto como onda como partícula. La energía de la luz está cuantizada, lo que significa que se presenta en paquetes de partículas fundamentales denominadas fotones. Diversos experimentos han evidenciado que los fotones interactúan con otras partículas, pueden tener sombra y experimentar fenómenos que son característicos de un sistema de ondas.
Tras descubrir el comportamiento peculiar de los fotones, los científicos se propusieron capturarlos y aislarlos, como si fueran joyas en una caja. Esto se logró con la creación de cristales fotónicos, que impiden la propagación de la luz gracias a su estructura cuidadosamente diseñada. Actualmente, incluso existen imágenes de la forma de estas partículas.
La creación del polaritón
A pesar de que atrapar luz ha sido un gran logro, los investigadores pronto se dieron cuenta de que un fotón por sí solo interactúa débilmente con la materia. Para aplicaciones tecnológicas, era necesario desarrollar una partícula que tuviera una mejor interacción. Así nació el polaritón, una cuasipartícula que resulta de la combinación de un fotón y un excitón. Su principal característica es que su comportamiento se ve afectado tanto por su naturaleza luminosa como por su naturaleza material.
Los polaritones solo existen bajo condiciones específicas y en plataformas ópticas como cristales y microcavidades. Debido a su notable sensibilidad, se están evaluando para su uso como transistores ópticos en las máquinas cuánticas. En la computación convencional, los transistores amplifican señales eléctricas y actúan como interruptores de corriente.
El enigma de los supersólidos
En el ámbito de la física, un «estado» se refiere a una fase de la materia con características únicas que pueden ser descritas matemáticamente. Cada estado depende de factores externos, como la temperatura o la presión. Una vez que las partículas alcanzan un estado, sus propiedades cambian en relación con otras de la misma composición química. Un sólido a gran escala es un material rígido, mientras que a microescala se compone de partículas organizadas en una red. Si esas moléculas se desordenan o excitadas, el material puede transformarse en líquido o incluso en gas.
La fase de supersolidez ha sido un tema de interés para los físicos durante casi 50 años, y recientemente se ha encontrado evidencia de su existencia. En este estado contraintuitivo, las partículas que forman un material fluyen sin fricción en su entorno, mientras mantienen una estructura cristalina rígida, típica de los sólidos. Hasta ahora, la fase de supersolidez solo se había logrado en partículas de helio condensadas a temperaturas ultrabajas. Sin embargo, un equipo de científicos ha conseguido alcanzar este estado exótico utilizando un condensado de polaritones dentro de un cristal fotónico.
«Este trabajo no solo demuestra la observación de una fase supersólida en una plataforma fotónica, sino que también abre la puerta a la exploración de las fases cuánticas de la materia en sistemas fuera del equilibrio. Esto es especialmente relevante porque este enfoque tiene el potencial de unir la ciencia fundamental con aplicaciones prácticas», afirmaron los investigadores.