Científicos descubren un nuevo estado de la materia

Física, Mundo Cuántico y Futuro

Por Sophimania Redacción
5 de Abril de 2016 a las 12:27
Compartir Twittear Compartir
Científicos descubren un nuevo estado de la materia
Electrones "dividiendose" en cuasiparticulas. Foto: Natural Materials

Investigadores de la Universidad de Cambridge, Inglaterra acaban de encontrar evidencia de un nuevo estado de la materia en un material real. El estado es conocido como “líquido cuántico de spin” y hace que los electrones (uno de los pilares fundamentales e indivisibles de la materia) se descompongan en cuasipartículas más pequeñas.

Los científicos habían predicho por primera vez la existencia de este estado de la materia en ciertos materiales magnéticos hace 40 años, pero a pesar de los múltiples indicios de su existencia, nunca habían sido capaces de detectarlo en la naturaleza. Así que es muy emocionante que ahora hayan capturado una visión de líquido cuántico de espín, y los extraños fermiones que lo acompañan, en un material de dos dimensiones, similar al grafeno.

"Este es un nuevo estado cuántico de la materia, que había sido predicho, pero no se ha visto antes," dijo Johannes Knolle, uno de los investigadores. Él y su equipo fueron capaces de detectar evidencia de líquido cuántico de espín en el material mediante la observación de una de sus propiedades más intrigantes, la fraccionalización de electrones y los fermiones de Majorana resultantes, los cuales se producen cuando los electrones en un estado cuántico de spin separan. Estos fermiones de Majorana son muy interesantes, porque podrían utilizarse en la construcción de computadoras cuánticas.

Es bueno aclarar que los electrones no se están siendo divididos en partículas físicas más pequeñas (lo cual significaría nuevas partículas), sino que lo que está ocurriendo es que un nuevo estado de la materia está rompiendo los electrones en cuasi-partículas. Estas no son partículas reales, sino conceptos utilizados por los físicos para explicar y calcular el extraño comportamiento de las partículas.

Y el estado cuántico de espín líquido está definitivamente haciendo que los electrones actúen extrañamente: en un típico material magnético, los electrones se comportan como pequeños imanes de barra. Así que cuando el material se enfría a una temperatura suficientemente baja, estos electrones se ordenan en distancias largas, de modo que todos los polos norte magnético apuntan en la misma dirección.

Sin embargo, en un material que contiene un estado líquido cuántico de spin, aunque un material magnético se enfríe a cero absoluto, los electrones no se alinean, sino que forman una especie de “sopa cuántica” de partículas entrelazadas que sigue el ritmo de las fluctuaciones cuánticas.

"Hasta hace poco tiempo -explica Dmitry Kovrizhin, otro de los autores del trabajo -ni siquiera sabíamos cuáles serían las huellas que deberíamos buscar para detectar un estado líquido de spin cuántico. Por eso, lo que hicimos en trabajos anteriores fue precisamente preguntarnos qué es lo que deberíamos de observar si estuviéramos llevando a cabo experimentos sobre un posible líquido de spin cuántico".

Para averiguar lo que estaba pasando, los investigadores trabajaron junto a un equipo del Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee y utilizaron técnicas de dispersión de neutrones para buscar evidencia de fractionalización de electrones en cristales de cloruro de rutenio (RuCl3), un material que es estructuralmente similar al grafeno.

Esto también les permitió medir las firmas de fermiones de Majorana por primera vez mediante la iluminación del material con neutrones, y después observar el patrón de ondas que los neutrones producían cuando fueron dispersados por la muestra. Estos patrones eran exactamente lo que esperaban ver basados en el modelo teórico principal del líquido cuántico de spin.

"Hemos logrado añadir uno a la corta lista de estados cuánticos de la materia -explica Knolle-. Se trata de un paso importante para comprender sus propiedades cuánticas. Y resulta divertido tener un nuevo estado cuántico que nunca nadia había visto antes, porque nos abre posibilidades de probar cosas nuevas".

Algunas de esas cosas nuevas involucran a las computadoras cuánticas, que serían exponencialmente más rápidas que las computadoras regulares, entonces a pesar de que todo esto suena bastante teórico, en realidad podría tener algunas aplicaciones potenciales muy interesantes.

 

FUENTES: ABC, SCIENCEALERT


#cuantico #estado materia #fermion
Compartir Twittear Compartir