Estaba un día un átomo muy tranquilo en su estado más frio cuando llegó un equipo de científicos a excitarlo, haciendo que nuestro excitado “pequeñín” atrajera a otros átomos a su interior, dando como resultado lo que hoy se conoce como Polarones de Rydberg y que podría ser considerado un nuevo estado de la materia ¿Qué significa esto y cómo fue descubierto? Les explicamos a continuación.
“Un polarón es una cuasipartícula compuesta por un electrón y un campo de deformaciones asociado. Cuando un electrón se mueve lentamente por el interior de un cristal puede producir una deformación en la red cristalina que lo rodea al interaccionar con los átomos próximos. Esta deformación se liga al electrón que la ha creado, y se desplaza junto a él a través de la red, dando lugar a un polarón”.
En un artículo publicado en la la revista Physical Review Letters, un equipo científico conformado por investigadores de la Universidad Técnica (TU) de Viena, la Universidad de Harvard y la Universidad de Rice explicaron que dentro de los átomos, entre el núcleo y el electrón, generalmente no hay nada, de hecho hay mucho espacio. Tanto que podría caber un “átomo gigante” en él.
“La distancia promedio entre el electrón y su núcleo puede ser de varios cientos de nanómetros, es decir, más de mil veces el radio de un átomo de hidrógeno”, dice el profesor Joachim Burgdörfer, junto con el profesor Shuhei Yoshida (ambos de la TU), que han estudiado las propiedades de los átomos de Rydberg durante años.
Para comprobar esto pusieron átomos de estroncio en estado de Condensado de Bose-Einstein (que es otro estado de la materia que se da en ciertos materiales a temperaturas cercanas al cero absoluto en el que las partículas pasan a nivel de mínima energía) y bombardearon uno de estos átomos con rayos láser, convirtiéndolo en un átomo de Rydberg con un enorme radio atómico.
Lo que sorprendió a los investigadores fue el radio de la órbita del átomo excitado, donde el electrón se mueve alrededor del núcleo, que fue mucho mayor a la distancia típica entre dos átomos en el condensado. Descubrieron que el electrón no solo orbita su propio núcleo atómico, hay muchos más compartiendo ese mismo camino. “ Dependiendo del radio del átomo de Rydberg y la densidad del condensado de Bose-Einstein, la enorme órbita electrónica puede encerrar hasta 170 átomos adicionales de estroncio” escribió la TU de Viena en una entrada de su blog explicando el procedimiento.
“Los átomos no llevan carga eléctrica, por lo tanto, solo ejercen una fuerza mínima sobre el electrón -explica Shuhei Yoshida – Pero en un grado muy pequeño, el electrón aún “siente” la presencia de átomos neutros a lo largo de su camino. La física cuántica de los electrones permite este tipo de dispersión, que no transfiere el electrón a un estado diferente”.
Las simulaciones por computadora demostraron que este tipo de interacción “comparativamente débil disminuye la energía total del sistema”creando un vínculo entre el átomo de Rydberg y los otros átomos dentro de la órbita electrónica. “Es una simulación muy inusual – explica Yoshida- normalmente, estamos lidiando con núcleos cargados que unen electrones alrededor de ellos. Aquí tenemos un electrón que une átomos neutros”.
El trabajo teórico fue realizado en TU Viena y en la Universidad de Hardvard, y el experimental se realizó en la Universidad de Rice en Houston (Texas).
Este descubrimiento es tan nuevo y sorprendió tanto a los científicos que ni siquiera han pensado para lo que podría servir. Sin embargo, la importancia del descubrimiento radica en que la ciencia está entendiendo como se comporta la materia en las temperaturas más bajas posibles.
