Un tornado del tamaño de un átomo: cómo mirar al corazón de una estrella de neutrones a través de un microscopio

En un laboratorio escondido entre los picos afilados de los Alpes austríacos, metales de tierras raras se evaporan y emergen de un horno a la velocidad de un caza. Luego, una compleja red de láseres e impulsos magnéticos ralentiza el gas casi hasta detenerlo por completo, haciéndolo más frío que las profundidades del cosmos. Aproximadamente 50,000 átomos del gas se fusionan en un estado único. Finalmente, con el más leve cambio en el campo magnético circundante, pequeños tornados comienzan a girar en la oscuridad.

Un equipo de científicos liderado por Francesca Ferlaino de la Universidad de Innsbruck logró visualizar un misterioso estado cuántico cuya existencia había sido debatida por los físicos durante más de sesenta años.

El supersólido es una materia paradójica que combina las propiedades de un cuerpo sólido absolutamente rígido con las de un líquido de fluidez perfecta. Los físicos han creado un diminuto mundo cuántico donde unos 50,000 átomos de metales de tierras raras pierden su individualidad y se fusionan en un estado único.

La temperatura en la instalación experimental desciende por debajo de la del vacío cósmico. Los láseres y los impulsos magnéticos ralentizan el gas atómico casi hasta detenerlo, convirtiendo el laboratorio en un espacio de posibilidades físicas extremas.

La idea del supersólido surgió en 1957, cuando el físico estadounidense Eugene Gross propuso la posibilidad de un colectivismo cuántico en cuerpos sólidos. Durante décadas, la comunidad científica discutió la realidad de este fenómeno hasta que aparecieron las primeras pruebas experimentales.

En el experimento se utilizaron átomos de disprosio y erbio, que se comportan como pequeños imanes. Aplicando un campo magnético externo, los investigadores lograron que los átomos se autoorganizaran en una estructura cristalina regular.

Durante tres años, el equipo de Ferlaino literalmente persiguió los tornados cuánticos: pequeños vórtices que pueden formarse dentro del supersólido. Y, a pesar del escepticismo de sus colegas, su perseverancia les permitió no solo observar, sino también documentar este fenómeno sorprendente.

Sin embargo, el éxito no llegó fácilmente. El campo magnético actuaba como una especie de cuchara, mezclando los campos magnéticos internos de los átomos a una frecuencia de unos 50 ciclos por segundo. La más mínima desviación podía destruir el delicado estado cuántico.

El momento decisivo del experimento ocurrió en un ambiente informal. Tres estudiantes de doctorado irrumpieron en un pub local con un portátil para mostrar las imágenes del tornado cuántico a sus supervisores. El momento fue tan emocionante que celebraron el éxito directamente en la barra.

El modelo creado por los científicos presenta paralelismos sorprendentes con la estructura de las estrellas de neutrones. Los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo que procesos cuánticos similares ocurren dentro de los púlsares, pero hasta ahora no habían podido modelarlos de manera confiable.

Por cierto, los científicos comparan la estructura interna de las estrellas de neutrones con productos culinarios: una "pasta nuclear", donde los cúmulos de neutrones se asemejan a formas de macarrones, lasaña y ñoquis. Ahora, cuentan con una herramienta única para estudiar estas estructuras exóticas.

El equipo también logró explicar la naturaleza de las súbitas aceleraciones del púlsar Vela, que incrementa inesperadamente su velocidad de rotación por fracciones de microsegundo. Según Ferlaino, la causa podrían ser colisiones de vórtices cuánticos que liberan una enorme cantidad de energía.

Futuros estudios prometen revelar los delicados mecanismos de formación, migración y disipación de los vórtices cuánticos. Los científicos esperan que su trabajo sea clave para comprender estados exóticos de la materia, incluida la superconductividad a altas temperaturas.

La propia Francesca Ferlaino ve en esto un reflejo de la conexión fundamental de la naturaleza. "La física es universal", dice, "estamos comprendiendo las reglas del juego que son las mismas para el micro y el macromundo".