En la física cotidiana, el transporte describe cómo las cosas se mueven de un lugar a otro. La carga eléctrica fluye a través de cables, el calor se disipa a través del metal y el agua viaja a través de tuberías. En cada caso, los científicos pueden medir con qué facilidad se mueve la carga, la energía o la masa a través de un material. En circunstancias normales, ese movimiento se frena por la fricción y la fricción, creando una resistencia que debilita o eventualmente detiene el flujo.
Los investigadores de la Universidad Técnica de Viena han demostrado ahora una rara excepción. En un experimento cuidadosamente diseñado, observaron un sistema físico en el que el transporte no se desintegra en absoluto.
Un gas ultrafrío con flujo perfecto
El equipo limitó miles de átomos de rubidio para que sólo pudieran moverse en línea recta utilizando una combinación de campos magnéticos y ópticos. Esta configuración produjo un gas cuántico ultrafrío en el que tanto la energía como la masa se mueven con total eficiencia. Según los resultados publicados en la revista cienciaEl flujo permanece constante y sin cambios incluso después de innumerables colisiones nucleares. El hallazgo revela una forma de transporte que se comporta de manera muy diferente a lo que se ve en la materia ordinaria.
Hay dos tipos básicos de transporte.
“En principio, existen dos tipos diferentes de fenómenos de transporte”, afirma Friedrich Moller del Atominstitut de la Universidad Técnica de Viena. “Hablamos de transporte balístico cuando las partículas se mueven libremente y cubren el doble de distancia en el doble de tiempo, como una bala que viaja en línea recta”.
El segundo tipo se conoce como transporte difusivo, que ocurre cuando el movimiento se ve afectado por colisiones aleatorias. La conducción de calor es un ejemplo clásico. Cuando las partículas más cálidas interactúan con partículas más frías, la energía y el impulso se comparten gradualmente hasta que la temperatura se nivela en el sistema.
“Este tipo de transporte no es lineal”, afirmó Moller. “Para cubrir el doble de distancia, normalmente se necesita cuatro veces más tiempo”.
¿Por qué se interrumpe la difusión en este experimento?
El comportamiento observado en el experimento de la Universidad Técnica de Viena no siguió el patrón habitual. En lugar de propagarse por difusión, el flujo nuclear estaba claramente definido. “Al estudiar las corrientes nucleares podemos comprobar que la difusión queda prácticamente suprimida por completo”, afirma Moller. “El gas se comporta como un conductor perfecto; aunque se producen innumerables colisiones entre átomos, cantidades como la masa y la energía fluyen libremente, sin dispersarse en el sistema”.
Una versión cuántica de la cuna de Newton
Los investigadores explicaron este efecto mediante la analogía de la cuna de Newton, un dispositivo de escritorio con una bola de metal suspendida. Cuando se suelta una pelota, su impulso viaja directamente a través de la fila y envía la pelota hacia el otro extremo, mientras que las demás apenas se mueven.
“Los átomos de nuestro sistema sólo pueden colisionar en una única dirección”, explica Moller. “Sus impulsos no se dispersan, sino que se intercambian entre los participantes en la colisión. El impulso de cada átomo se conserva; sólo puede transmitirse, nunca perderse”.
¿Por qué los gases nunca alcanzan el equilibrio térmico?
Como en las oscilaciones de Newton, el movimiento en este sistema nuclear continúa sin decaer. La energía y el impulso viajan indefinidamente a través del gas en lugar de disiparse en forma de calor, lo que ocurre en la mayoría de los materiales.
“Estos resultados muestran por qué este tipo de nube nuclear no se calienta, por qué no distribuye su energía de acuerdo con las leyes normales de la termodinámica”, dijo Moller. “Estudiar el transporte en condiciones tan perfectamente controladas podría abrir nuevas formas de comprender cómo surge o desaparece la resistencia a nivel cuántico”.
