Són les dislocacions en heli sòlid “supersòlides”?

A pressió normal, el 4He líquid es torna superfluid a temperatures inferiors a ≈ 2,17 K. En estat superfluid, l'heli presenta una viscositat nul·la, de manera que quan s'agita es formen a l'interior vòrtex que giren indefinidament. La superfluïdesa de l'heli va acompanyada d'una transformació anomenada condensació de Bose-Einstein, on la funció d'ona de les partícules individuals se superposen fins a convertir-se en una sola entitat: els àtoms abandonen la seva individualitat per actuar a l'uníson com un eixam. Durant més de mig segle, els físics s'han trepitjat el cervell per determinar si l'existència de superfluïdesa en un sistema en fase sòlida, coneguda com a supersolidesa, també era possible o no.

El 2004, investigadors de la Universitat Estatal de Pennsilvània (EUA) van observar fenòmens al 4He sòlid que podrien interpretar-se com una manifestació “supersòlida”. Van mesurar el moment d'inèrcia rotacional no clàssic (NCRMI) per a un oscil·lador torsional ple d'heli sòlid i refredat a ≈ 0.1 K. No obstant això, experiments posteriors van qüestionar l'existència d'un veritable supersòlid ja que es va demostrar que el NCRMI observat podria ser explicat a termes de canvis a les propietats elàstiques de l'heli. El 2012, es van repetir els experiments originals del 2004 amb una nova configuració dissenyada per eliminar qualsevol contribució elàstica, i aquesta vegada no es va trobar evidència de supersolidesa.

Tot i així, la possibilitat de supersolidesa intrínseca a 4He no es va descartar del tot a causa d'una varietat d'experiments de flux de massa que van informar el flux de matèria a través de mostres d'heli sòlid. Es va proposar que el flux màssic podria estar intervingut per una xarxa de dislocacions interconnectades, unidimensionals i supersòlides, un tipus comú de defecte als vidres d'heli. Aquesta interpretació es va basar en els resultats dels estudis de simulació quàntica que van concloure que els nuclis d‟un tipus particular de dislocacions eren superfluits a temperatures ultrabaixes.

En un estudi recent publicat a Physical Review Letters, els investigadors Claudio Cazorla i Jordi Boronat de la Universitat Politècnica de Catalunya juntament amb col·laboradors de la Universitat Estadual de Campinas i la Universitat de Stanford, han demostrat mitjançant mètodes avançats de simulació quàntica i cel·les de dislocació realistes que la fracció de condensat de Bose-Einstein dels nuclis de dislocació de 4He a temperatura zero és nul·la. Així, en base a aquests darrers resultats, l'heli sòlid defectuós tampoc no pot ser supersòlid. Aquests resultats proporcionen evidència convincent de l'absència de superfluïdesa intrínseca als nuclis de dislocació en 4He i desafien la interpretació de la xarxa de dislocació superfluida de les observacions de l'experiment de flux de massa, cosa que requereix una investigació experimental més gran.