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Sábado, 14 de febrero de 2004

CONDENSADO FERMIóNICO Y SUPERCONDUCTIVIDAD

Un nuevo estado de la materia

Un equipo de físicos de la Universidad de Colorado (Estados Unidos) logró crear un “condensado fermiónico” formado por pares de átomos de potasio a temperaturas ultrafrías. Este estado de la materia era buscado desde hace años y brindará nuevas posibilidades de estudio en física cuántica. Más aún, podría revelar mecanismos que conduzcan a la creación de superconductores (materiales que transportan corriente sin resistencia) a temperatura ambiente, que potencialmente podría aumentar la eficiencia en el uso y transporte de energía en un amplio rango de aplicaciones.
La nueva sustancia es un tipo particular de condensado de Bose-Einstein, una forma de la materia en la cual todos los átomos son idénticos y se comportan colectivamente como un gran super-átomo. Estos condensados fueron predichos teóricamente por Einstein en 1924. E. Cornell, C. Wieman de la Universidad de Colorado, y W. Ketterle del MIT crearon este tipo de condensados en 1995, y recibieron el Premio Nobel de Física por este logro en 2001.
Los átomos (al igual que otros componentes básicos de la materia) pueden clasificarse en fermiones y bosones. Un bosón puede encontrarse en un estado exactamente igual a otro bosón, pero los fermiones no pueden hallarse en estados exactamente iguales. Podría decirse que mientras que los bosones prefieren agruparse entre sí, los fermiones son preferentemente solitarios. Los condensados de Bose-Einstein son una colección de miles de bosones ocupando el mismo estado y se forman con relativa facilidad a temperaturas ultrafrías. Hasta el momento era difícil pensar en un condensado fermiónico, debido a las características propias de este tipo de partículas. Por otra parte, la clave para producir este tipo de materia está en la misma naturaleza de los fermiones. En efecto, dos fermiones pueden formar un bosón compuesto, que tiende a condensarse más fácilmente.
En el experimento realizado por Deborah Jin y sus colaboradores, publicado en la edición online de la revista Physical Review, un gas de medio millón de átomos fermiónicos de potasio se enfrió a temperaturas a unas 50 millonésimas de grado por encima del cero absoluto (-273ºC). Después se aplicó un campo magnético sintonizado de forma tal que los fermiones se agruparon de a pares, del mismo modo que los pares de electrones característicos de la superconductividad.
La temperatura para la cual los metales o aleaciones son superconductores depende de la intensidad de la interacción entre los electrones. La temperatura más alta en la que la superconductividad ocurre en algunos materiales es alrededor de -135ºC. La intensidad de la interacción medida por el equipo de Jin correspondería a la que se mediría en un superconductor a temperatura ambiente. Es por esto que la investigación en este área podría eventualmente ayudar a diseñar materiales superconductores más útiles.
En la Argentina, los laboratorios de bajas temperaturas del Centro Atómico Bariloche y la Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad deBuenos Aires tienen una vasta experiencia en materiales superconductores lo que les ha dado gran prestigio internacional.

* Doctor en física, Investigador Adjunto del Conicet, División Colisiones Atómicas, Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro.

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