En una continuación de su reciente trabajo en Nature (Nature (2009) 457: 291-295), el grupo SEMICUAM de la Universidad Autónoma de Madrid revela la existencia de una rotura espontánea de simetría en microcavidades semiconductoras. Esta rotura está asociada con la formación de un estado condensado de tipo Bose-Einstein (estado de agregación de la materia que se da en ciertos materiales a muy bajas temperaturas).
En la escuela aprendemos que existen tres formas de materia: sólidos, líquidos y gases. Sin embargo, los físicos saben bien que esto es una gran simplificación y en la actualidad se consideran una gran cantidad de estados diferentes: basta con pensar en metales, aislantes, cristales líquidos, vidrios u otros más llamativos como superconductores o condensados de Bose-Einstein y estados superfluidos de la materia.
En este respecto, las preguntas que tratan de responder los físicos son: ¿qué es lo que distingue a estos estados diferentes de la materia? ¿Qué nos permite decir que el agua y el aceite de oliva son líquidos mientras que el silicio y el oro son sólidos? La experiencia muestra que la mayoría de las distintas fases de la materia se diferencia en su simetría. Consideremos agua y hielo: el agua, al tener sus moléculas distribuidas de forma irregular y desorganizada, tiene una simetría (bajo traslaciones y rotaciones) completa; sin embargo el hielo, al cristalizar y ocupar sus moléculas posiciones bien definidas en una disposición ordenada (cristal), tiene rotas ambas simetrías.
En Física se producen muchas roturas espontáneas de simetría cuando un sistema pasa de un estado simétrico a otro que no lo es, tal como en la transición de agua a líquido mencionada anteriormente o la magnetización de un imán. Jeremy Goldstone encontró un teorema, que lleva su nombre, que establece que cuando se rompe espontáneamente una simetría aparecen nuevas excitaciones colectivas del sistema. Estas excitaciones de baja frecuencia se denominan modos de Goldstone. La rotura de la simetría implica que los sistemas se vuelven rígidos: en los cristales aparece una rigidez a deformaciones de cizalla y ondas acústicas (fonones) de baja frecuencia; en los imanes una rigidez magnética y ondas de spin (magnones). En condensados de Bose-Einstein la rigidez conduce a la superfluidez.
Gracias, de nuevo, a la financiado a través de Programas como el Consolider QOIT del Ministerio de Ciencia e Innovación y el NANOCOMIC del Programa de Excelencia de la Comunidad de Madrid, el grupo SEMICUAM, en colaboración con colegas de la Ecole Polytechnique Federal de Laussane en Suiza, de la Universidad de Trento en Italia y del CNRS en París, reporta en el último número de Physical Review Letters (Phys. Rev. Lett. (2009). 102: 056402) la obtención de nuevos resultados experimentales, en los mismos chips utilizados en su reciente trabajo de Nature, que confirman la formación de un modo de Goldstone. Así corroboran y demuestran la presencia de “rigidez” y por tanto de superfluidez del condensado Bose-Einstein formado por la condensación de los polaritones en las microcavidades. La obtención de estados de polaritones coherentes y de vida larga es fundamental para los estudios futuros de la dinámica cuántica de sistemas condensados fuera del equilibrio.
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