Estás familiarizado con los estados de la materia que encontramos a diario, como sólido, líquido y gas, pero en condiciones más exóticas y extremas, pueden aparecer nuevos estados, y los científicos de EE. UU. y China acaban de encontrar uno. Lo llaman el estado líquido de bose quiral, y como con cada nuevo arreglo de partículas que descubrimos, puede decirnos más sobre el tejido y los mecanismos del Universo que nos rodea, y en particular, en la escala cuántica superpequeña.
Los estados de la materia describen cómo las partículas pueden interactuar entre sí, dando lugar a estructuras y diversas formas de comportamiento. Bloquea los átomos en su lugar y tendrás un sólido. Permite que fluyan, tienes un líquido o gas. Fuerza las asociaciones cargadas aparte, tienes un plasma.
El paisaje cuántico proporciona formas aún más extrañas para que las partículas interactúen, lo que permite comportamientos únicos que se describen mejor en términos de posibilidad y energía. Los investigadores descubrieron el nuevo estado a través de un sistema cuántico frustrado. En términos simples, es un sistema con restricciones integradas que evitan que las partículas interactúen como lo harían normalmente (de ahí la frustración).
Estas limitaciones, y la frustración resultante, pueden generar resultados interesantes para los científicos. Aquí, los investigadores se centraron en los electrones y utilizaron la analogía de un juego de mesa para explicar lo que está sucediendo.
“Es como un juego de sillas musicales, diseñado para frustrar a los electrones”, dice el físico teórico de materia condensada Tigran Sedrakyan de la Universidad de Massachusetts en Amherst.
“En lugar de que cada electrón tenga un puesto al que ir, ahora deben moverse y tener muchas posibilidades en el lugar donde se ubican”.
El sistema que los investigadores armaron fue un dispositivo semiconductor con dos capas: una capa superior rica en electrones y una capa inferior con muchos agujeros disponibles para que los electrones se muevan naturalmente. ¿El giro? No hay suficientes huecos para todos los electrones.
“En el borde de la bicapa de semiconductores, los electrones y los huecos se mueven con las mismas velocidades”, dice el físico Lingjie Du de la Universidad de Nanjing en China.
“Esto conduce a un transporte de tipo helicoidal, que puede ser modulado aún más por campos magnéticos externos a medida que los canales de electrones y huecos se separan gradualmente bajo campos más altos”.
Este nuevo estado reveló algunas propiedades bastante interesantes. Por ejemplo, los electrones se congelarán en un patrón predecible y una dirección de giro fija en el cero absoluto y no podrán ser interferidos por otras partículas o campos magnéticos. Esa estabilidad podría tener aplicaciones en sistemas de almacenamiento digital de nivel cuántico.
Además, las partículas externas que afectan a un electrón pueden afectar a todos los electrones del sistema, gracias al entrelazamiento cuántico de rango relativamente largo. Es como estrellar una bola blanca contra un paquete de bolas de billar y todas esas bolas viajan en la misma dirección en respuesta, otro hallazgo que podría ser útil. Si bien todo esto involucra física de muy alto nivel, cada descubrimiento como este, estas peculiaridades y casos extremos que ocurren fuera de los límites de las interacciones de partículas comunes, nos acercan a una comprensión completa de nuestro mundo.
“Encontrarás estados cuánticos de la materia en estas franjas, y son mucho más salvajes que los tres estados clásicos que encontramos en nuestra vida cotidiana”, dice Sedrakyan.
La investigación ha sido publicada en Nature.
Fuente: Science Alert.
