¿Son las dislocaciones en helio sólido “supersólidas”?

A presión normal, el 4He líquido se vuelve superfluido a temperaturas inferiores a ≈ 2,17 K. En estado superfluido, el helio presenta una viscosidad nula, de modo que cuando se agita se forman en su interior vórtices que giran indefinidamente. La superfluidez del helio va acompañada de una transformación llamada condensación de Bose-Einstein, en la que la función de onda de las partículas individuales se superponen hasta convertirse en una sola entidad: los átomos abandonan su individualidad para actuar al unísono como un enjambre. Durante más de medio siglo, los físicos se han estrujado el cerebro para determinar si la existencia de superfluidez en un sistema en fase sólida, conocida como supersolidez, también era posible o no.

En 2004, investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania (EE. UU.) observaron fenómenos en el 4He sólido que podrían interpretarse como una manifestación “supersólida”. Midieron el momento de inercia rotacional no clásico (NCRMI) para un oscilador torsional lleno de helio sólido y enfriado a ≈ 0.1 K. Sin embargo, experimentos posteriores cuestionaron la existencia de un verdadero supersólido ya que se demostró que el NCRMI observado podría ser explicado en términos de cambios en las propiedades elásticas del helio. En 2012, se repitieron los experimentos originales de 2004 con una nueva configuración diseñada para eliminar cualquier contribución elástica, y esta vez no se encontró evidencia de supersolidez.

Aún así, la posibilidad de supersolidez intrínseca en 4He no se descartó por completo debido a una variedad de experimentos de flujo de masa que informaron el flujo de materia a través de muestras de helio sólido. Se propuso que el flujo másico podría estar mediado por una red de dislocaciones interconectadas, unidimensionales y supersólidas, un tipo común de defecto en los cristales de helio. Esta interpretación se basó en los resultados de los estudios de simulación cuántica que concluyeron que los núcleos de un tipo particular de dislocaciones eran superfluidos a temperaturas ultrabajas.

En un estudio reciente publicado en Physical Review Letters, los investigadores Claudio Cazorla y Jordi Boronat de la Universitat Politècnica de Catalunya junto con colaboradores de la Universidade Estadual de Campinas y la Universidad de Stanford, han demostrado mediante métodos avanzados de simulación cuántica y celdas de dislocación realistas que la fracción de condensado de Bose-Einstein de los núcleos de dislocación de 4He a temperatura cero es nula. Así, en base a estos últimos resultados, el helio sólido defectuoso tampoco puede ser supersólido. Estos resultados proporcionan evidencia convincente de la ausencia de superfluidez intrínseca en los núcleos de dislocación en 4He y desafían la interpretación de la red de dislocación superfluida de las observaciones del experimento de flujo de masa, lo que requiere una mayor investigación experimental.