Un equipo internacional de investigadores, liderado por el profesor Jo Gyu-Boong de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST), ha realizado un descubrimiento significativo en el ámbito de la física cuántica al observar la transición de fase de Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) en un gas dipolar bidimensional de átomos ultrafríos. Este estudio, publicado en la revista Science Advances, marca un hito en la comprensión del comportamiento de los superfluidos en dos dimensiones, especialmente con interacciones dipolares anisotrópicas y de largo alcance.
En sistemas tridimensionales (3D) convencionales, las transiciones de fase, como el derretimiento del hielo en agua, están regidas por la ruptura espontánea de simetrías. Sin embargo, investigaciones pioneras de la década de 1970 sugirieron que los sistemas bidimensionales (2D) podrían albergar una transición de fase topológica única, conocida como la transición BKT. Esta transición es impulsada por pares de vórtices y antivórtices que fomentan la superfluidez sin la ruptura convencional de simetrías, donde la interacción entre partículas juega un papel crucial. Hasta ahora, este fenómeno se había estudiado principalmente en sistemas cuánticos con interacciones de contacto isotrópicas y de corto alcance.
Interacciones dipolares y su impacto en los superfluidos
A diferencia de las interacciones de contacto en los gases ultrafríos convencionales, las interacciones dipolares abarcan todo el sistema, generando comportamientos colectivos complejos. Los experimentos realizados por el equipo han demostrado cómo estas interacciones dipolares modifican los parámetros críticos de la transición BKT. Según el profesor Jo, «la interacción dipolar introduce un nuevo aspecto a los fenómenos cuánticos de muchos cuerpos». Esta afirmación resalta la naturaleza direccional y de largo alcance de las interacciones, lo que significa que las partículas «sienten» la presencia de otras incluso cuando están separadas por grandes distancias, desafiando así las nociones tradicionales sobre cómo emerge el orden en dimensiones reducidas.
La observación sugiere que la transición superfluida en gases dipolares 2D sigue estando gobernada por el escenario BKT, aunque el punto de transición dependiente de la interacción se desplaza según la orientación de los dipolos respecto a la dirección normal. He Yifei, un estudiante de posgrado que trabaja bajo la dirección del profesor Jo y uno de los autores principales del estudio, ha añadido: «El sistema dipolar 2D es una plataforma largamente buscada donde podrían existir fases exóticas. Hemos observado el efecto no local único y la correlación de densidad anisotrópica en el superfluido dipolar 2D al alinear todos los dipolos en el plano, incluso con una interacción dipolar moderada. Sería interesante aumentar aún más la fuerza dipolar y ver cómo se organiza el sistema en dimensiones reducidas».
Más información:
Yifei He et al, Explorando la transición de Berezinskii-Kosterlitz-Thouless en un gas de Bose dipolar bidimensional, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr2715
Proporcionado por
Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong
