Qué es la "luz líquida" y por qué se le considera el quinto estado de la materia

En el cuento "La luz es como el agua" Gabriel García Márquez narra las aventuras de Totó y Joel, dos niños que en las noches rompen las bombillas de su casa y navegan entre los caudales de luz que brotan de ellas. 

Izquierda: la luz se topa con un obstáculo antes de ser un superfluido. Derecha: la luz se topa con un obstáculo después de ser convertida en superfluido. 

"Un chorro de luz dorada y fresca como el agua empezó a salir de la bombilla rota, y lo dejaron correr hasta que el nivel llegó a cuatro palmos. Entonces cortaron la corriente, sacaron el bote, y navegaron a placer por entre las islas de la casa", escribe el Nobel.

La escena, por fantástica que parezca, no está muy lejos de la realidad.

Los científicos que estudian fenómenos cuánticos han demostrado que la luz, bajo condiciones especiales, puede comportarse como un líquido que fluye y ondula alrededor de los obstáculos que encuentra, como la corriente de un río entre las piedras.

¿Cómo lo hacen?

La "luz líquida" es una sustancia muy particular. No es sólido ni plasma y tampoco se comporta exactamente como un líquido o un gas.

Los científicos la llaman Condensado de Bose-Einstein (BEC) y la consideran el "quinto estado de la materia".
En este estado, las partículas se sincronizan y se mueven al unísono, formando un "superfluido".

"Se parece a cualquier otro líquido o gas, pero con propiedades especiales, una de las cuales es que todas sus partes están relacionadas", le dice a BBC Mundo Daniele Sanvitto, investigador del Instituto de Nanotecnología de Italia.

Los superfluídos no crean ondas, y no experimentan fricción ni viscosidad.

Tienen un "comportamiento colectivo", dice Sanvitto. "Es como un grupo de bailarines haciendo los mismos movimientos o una ola de gente marchando al mismo compás".

Así, un líquido común, al toparse con una pared rebotaría, pero un superfluido, como la luz líquida, circularía a lo largo de la pared.

" Si enviaras un chorro de estos contra una pared, la escalará en cualquier dirección y eventualmente se volverá a conectar después del obstáculo", explica Sanvitto.

¿Para qué sirve la luz líquida?

Hasta hace unos años, los superfluídos solo podían lograrse en temperaturas cercanas al cero absoluto (−273°C), pero en 2017 Sanvitto y sus colegas lograron producir luz líquida a temperatura ambiente.

Esto lo lograron usando mezclas de luz y materia, llamadas polaritones.

"Este es el primer paso para tener aplicaciones de este líquido en la vida diaria", dice Sanvitto.
Hasta el momento, los experimentos con BEC se han logrado solo a pequeña escala en los laboratorios, pero los investigadores le ven un gran potencial para transmitir información y energía sin desperdicio.

Un ejemplo sería la creación de computadores ópticos, que puedan aprovechar la interacción de las partículas de luz sin el problema de la disipación o el calentamiento de los computadores comunes. Esto hará que sean mucho más rápidos y consuman menos energía.

Esta tecnología también podría revolucionar el manejo de los láseres y los paneles solares. Incluso, como lo menciona el científico Michio Kaku en una entrevista con This Week in Science, hay quienes piensan que en un futuro los BEC podrían sentar las bases para teletransportar objetos.

Por ahora eso solo es posible en la imaginación, como alguna vez lo fue en el cuento de García Márquez…

Tomado de: BBC Mundo 

El tamaño si importa... ¡para nadar!

Uno de los temas recurrentes del cine de ciencia ficción es la miniaturización de seres humanos, desde los clásicos El increíble hombre menguante y Viaje alucinante hasta las más recientes Cariño, he encogido a los niños y Arthur y los minimoys. La gran mayoría de estas películas, por no decir todas, caen en el mismo error: Los protagonistas beben o nadan con normalidad, cuando en realidad tendrían muchas dificultades para hacer esas cosas con su tamaño reducido, porque el comportamiento de los fluidos cambia con la escala.

Que el comportamiento de un fluido depende del tamaño ya lo podemos intuir cuando vemos películas en las que se han filmado escenas de barcos con maquetas a escala reducida: Ni el movimiento de los barcos ni la propia agua parecen reales.

Los físicos caracterizan el movimiento de los fluidos mediante un parámetro llamado número de Reynolds, que describe la importancia relativa de las fuerzas inerciales frente a las fuerzas viscosas en el fluido; cuanto mayor es ese número, mayor es el efecto de las primeras y menor el de las segundas. Las fuerzas inerciales son las que hacen que un nadador siga avanzando aunque deje de mover brazos y piernas, mientras que las fuerzas viscosas son las que oponen resistencia a ese movimiento y acaban por detenerlo.

El número de Reynolds depende de la densidad y viscosidad del fluido, pero también de su velocidad y del tamaño del objeto que se mueve en él (o del grosor de la tubería por la que fluye). Así, el número de Reynolds de un nadador humano es de unos 10 millones, mientras que el de una bacteria es de 0,00001. En el primer caso, las fuerzas dominantes son las de inercia, mientras que en el segundo es todo lo contrario. Un nadador, o una embarcación, siguen moviéndose durante un tiempo aunque dejen de propulsarse, mientras que una bacteria en el mismo caso se detiene inmediatamente. En términos prácticos, el agua opone más resistencia al movimiento cuanto menor es el tamaño y la velocidad del objeto que se mueve en ella.

El estudio de los líquidos a escala microscópica tiene multitud de aplicaciones prácticas, desde la medicina hasta la nanotecnología. Pero resulta más fácil realizar los experimentos con maquetas de nuestro tamaño. Para que esas maquetas se comporten como objetos microscópicos es preciso reducir su número de Reynolds, lo que se logra sustituyendo el agua por un líquido más viscoso; tan viscoso, de hecho, como la miel. Así deberían experimentar el agua los miniaturizados protagonistas de las películas que citábamos; les resultaría enormemente difícil nadar e incluso beber.

Otra consecuencia del aumento de las fuerzas viscosas a pequeña escala es el llamado teorema de la vieira. La vieira, ese exquisito molusco, se desplaza cerrando violentamente sus valvas, con lo que el chorro de agua que expulsa propulsa su cuerpo hacia atrás. El teorema de la vieira afirma que un movimiento de vaivén como ése sólo es eficaz cuando el número de Reynolds es alto. A bajo número de Reynolds, cuando las fuerzas viscosas dominan a las inerciales, la apertura de las valvas generaría el mismo impulso que su cierre, pero en sentido contrario; el desplazamiento neto de la vieira sería nulo. A un nadador humano le ocurriría lo mismo con el movimiento de vaivén de las piernas en el estilo libre; a escala normal genera alrededor de la quinta parte del impulso total, pero a escala reducida, en un líquido tan viscoso como la miel, no produciría ningún impulso. Más dificultades para nuestros protagonistas.

Pero, pensándolo bien, el error es disculpable, ya que si llevamos la física hasta sus últimas consecuencias, los personajes tendrían incluso dificultades para respirar, ya que el aire también es un fluido. Y si los personajes no pueden respirar, nos quedamos sin película.

Tomado de:

El Neutrino