Un nou estat exòtic de la matèria?

 L'estat de la matèria formada pels polarons de Rydberg i observat per investigadors
austríacs i nord-americans es vist com impureses, bombolles, que neixen en el cor
d’un condensat de Bose-Einstein. Crèdit: Sharon McCutcheon, Unsplash.

Sòlid, líquid i gasós. Aquests són els tres estats clàssics de la matèria. Ja sabíem que havíem d’afegir alguns estats més exòtics, com ara el plasma o l’estat superfluït. Els investigadors ens expliquen avui que van observar un estat de matèria encara més estrany format per polarons de Rydberg. 

En general, entre el nucli d’un àtom i els electrons que l’envolten, no hi ha res més que un buit. De vegades, hi ha molt buit, si els electrons en qüestió estan particularment allunyats del nucli, cosa que succeeix amb els anomenats àtoms de Rydberg, l’últim electró únic excitat del qual s’ha eliminat del nucli. Llavors, per què no omplir aquest buit amb... d'altres àtoms? I així formar un nou estat de la matèria, per dir al menys "exòtic". Un estat que només existiria a baixes temperatures.

La idea pot semblar descabellada. Tot i això, aquesta és la teoria desenvolupada per investigadors de la Universitat de Viena (Àustria) i la Universitat de Harvard (Estats Units), abans de confiar la part experimental a físics de la Universitat de Rice (Estats Units). En agrupar les seves habilitats, van aconseguir observar un misteriós estat de matèria format per polarons de Rydberg.

Per aconseguir els seus objectius, els investigadors van crear primer un condensat de Bose-Einstein a partir d’àtoms d’estronci. Aquest estat concret de la matèria només es pot obtenir a temperatures molt baixes, properes al zero absolut. Després, mitjançant un làser, van transformar un àtom del condensat en un àtom de Rydberg.

 L’electró de l’àtom de Rydberg, en blau (la seva òrbita, com a mínim), i el nucli
de l’àtom, en vermell. Aquesta òrbita comprèn molts altres àtoms, en verd, del
condensat de Bose-Einstein. © TU Wien

Un àtom de Rydberg en un condensat de Bose-Einstein

"La distància mitjana entre l'electró i el nucli d'un àtom de Rydberg pot arribar a diversos centenars de nanòmetres, o més de mil vegades el radi d'un àtom d'hidrogen", explica Joachim Burgdörfer, físic de la Universitat de Viena. Tot i així, es troba que el radi de la òrbita d'aquest electró és molt superior a la distància mitjana entre dos àtoms del condensat.

Els investigadors suggereixen que fins a 170 àtoms d’estronci podrien literalment lliscar cap a l’àtom de Rydberg. Gairebé sense pertorbar el camí de l’electró de Rydberg. Com que els àtoms són entitats elèctricament neutres i diem "gairebé" perquè, tal com va predir la mecànica quàntica, l'electró encara sent la pertorbadora presència d'aquests àtoms.

Les febles interaccions entre aquest electró i aquests àtoms tenen l’efecte de fer disminuir l’energia total del sistema. És així com es crea una nova forma d’enllaç entre l’àtom de Rydberg i els àtoms instal·lats al mateix. Enllaços febles que, com aquest nou estat exòtic de la matèria, només poden perdurar a temperatures extremadament baixes. 

Ho he vist aquí.