Publicado en Nature: Observada la transición de superfluido a supersólido en un estado condensado de Bose-Einstein excitada por superradiación

En 1954, Robert H. Dicke de la Universidad de Princeton, predijo la superradiación: una nube de átomos densa y muy alargada que es excitada con luz emite espontáneamete fotones a la largo del eje mayor de la nube, como un petardo o una bengala encendida en ambos extremos. La luz emitida es coherente, como la de un láser. Este fenómeno se confirmó utilizando condensados de Bose-Einstein (BEC). Ahora, Baumann y sus colegas han repetido este experimento dentro de una cavidad óptica (entre dos espejos) y han demostrado que la superradiación viene acompañada de una ruptura espontánea de la simetríaespacial, que implica una transición de fase de los átomos de un estado superfluido a un estado supersólido.  Algo tan sencillo como encerrar el BEC entre dos espejos incrementa la intensidad de la superradiación, gracias al rebote de los fotones emitidos entre los dos espejos de la cavidad. Nos lo cuentan Cheng Chin y Nathan Gemelke, «Quantum physics: Atoms in chequerboard order,» Nature 464: 1289–1290, 29 April 2010, haciéndose eco del artículo técnico de Kristian Baumann, Christine Guerlin, Ferdinand Brennecke, Tilman Esslinger, «Dicke quantum phase transition with a superfluid gas in an optical cavity,» Nature 464: 1301–1306, 29 April 2010.

Baumann et al. han mostrado que la interferencia entre la radiación incidente y la superradiación produce un conjunto de pozos de potencial a modo de tablero de ajedrez en el que se redistribuyen los átomos del BEC. En función de la fase relativa entre la luz incidente y la superradiación se observan dos modos diferentes en los que se pueden distribuir los átomos en la red cuadrada de pozos de potencial, como muestra la imagen que abre esta entrada. El fuerte acoplamiento entre los fotones y el condensado, según Baumann et al., introduce interacciones a larga distancia entre sus átomos, lo que provoca una transición de fase cuántica de Dicke hasta un estado supersólido. Las transiciones de fase cuánticas, a diferencia de las transiciones de fase convencionales, no son provocadas por cambios en la temperatura, sino por fluctuaciones cuánticas. La explicación detallada del fenómeno observado requiere futuros estudios. La interacción conjunta en un BEC de la superradiancia, la ruptura espontánea de la simetría espacial, una transición de fase cuántica y la supersolidez es fascinante y presagia un futuro muy prometedor en óptica cuántica. Este trabajo ha abierto la puerta al país de las maravillas cuánticas en átomos ultrafríos encerrados en cavidades ópticas.