En el mundo cu\u00e1ntico, el universo se rige por reglas tan extra\u00f1as que hasta sus componentes m\u00e1s peque\u00f1os desaf\u00edan a menudo la intuici\u00f3n. Ahora, un equipo de f\u00edsicos de la Universidad Rice y del Max Planck sugiere algo a\u00fan m\u00e1s sorprendente: podr\u00eda haber part\u00edculas que desaf\u00eden la dicotom\u00eda tradicional de fermiones y bosones, neg\u00e1ndose a encajar perfectamente en cualquiera de las dos. Su estudio desaf\u00eda un principio fundamental de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica y se\u00f1ala la posible existencia de \u201cparapart\u00edculas\u201d, una categor\u00eda que durante mucho tiempo se consider\u00f3 imposible.<\/p>\n\n\n\n
La divisi\u00f3n cu\u00e1ntica: bosones, fermiones y m\u00e1s all\u00e1 \u201cTambi\u00e9n es por eso que no atravesamos la silla cuando nos sentamos\u201d, explic\u00f3 Kaden Hazzard, f\u00edsico de la Universidad Rice y coautor del estudio.<\/p>\n\n\n\n Pero Hazzard y su colaborador, Zhiyuan Wang, utilizaron matem\u00e1ticas avanzadas para demostrar que esta visi\u00f3n binaria podr\u00eda ser incompleta. \u201cDeterminamos que son posibles nuevos tipos de part\u00edculas que nunca antes hab\u00edamos conocido\u201d, dijo Hazzard.<\/p>\n\n\n\n Las parapart\u00edculas, teorizadas por primera vez en la d\u00e9cada de 1950, han sido una idea tentadora en la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica. Sin embargo, durante d\u00e9cadas se las descart\u00f3 como curiosidades matem\u00e1ticas o versiones disfrazadas de bosones y fermiones. S\u00f3lo se acept\u00f3 una excepci\u00f3n fuera del canon, las cuasipart\u00edculas llamadas anyones. Pero los anyones existen solo en el peculiar mundo bidimensional, lo que limita su relevancia f\u00edsica.<\/p>\n\n\n\n El avance de Hazzard y Wang radica en reexaminar los supuestos matem\u00e1ticos que sustentaban las teor\u00edas anteriores. Utilizando herramientas como la ecuaci\u00f3n de Yang-Baxter y m\u00e9todos algebraicos avanzados, demostraron que las parapart\u00edculas podr\u00edan, en teor\u00eda, surgir en sistemas del mundo real.<\/p>\n\n\n\n Los investigadores desarrollaron un nuevo marco matem\u00e1tico conocido como la \u201csegunda cuantificaci\u00f3n\u201d de la paraestad\u00edstica. Este enfoque les permite describir las parapart\u00edculas como excitaciones emergentes en ciertos sistemas de esp\u00edn cu\u00e1ntico. Estos sistemas, construidos en una y dos dimensiones, revelan part\u00edculas con propiedades de intercambio que no se pueden reducir a las de los fermiones o los bosones.<\/p>\n\n\n\n \u201cLas parapart\u00edculas introducen un nuevo tipo de simetr\u00eda y principio de exclusi\u00f3n\u201d, escriben los autores. Estas part\u00edculas obedecen reglas que dan lugar a comportamientos termodin\u00e1micos ex\u00f3ticos. Por ejemplo, exhiben \u201cestad\u00edsticas de exclusi\u00f3n generalizadas\u201d, que determinan cu\u00e1ntas part\u00edculas pueden ocupar un estado cu\u00e1ntico dado.<\/p>\n\n\n\n \u00bfParapart\u00edculas en la naturaleza? Sin embargo, para esta investigaci\u00f3n, en lugar de buscar en la f\u00edsica abstracta de part\u00edculas, los investigadores dirigieron su atenci\u00f3n a los sistemas de materia condensada, materiales como los imanes, donde surgen excitaciones similares a las de las part\u00edculas. \u201cLas part\u00edculas no son solo estas cosas fundamentales\u201d, se\u00f1al\u00f3 Hazzard. \u201cTambi\u00e9n son importantes para describir los materiales\u201d.<\/p>\n\n\n\n Al modelar los sistemas de materia condensada, mostraron c\u00f3mo podr\u00edan surgir las parapart\u00edculas, que muestran comportamientos extra\u00f1os nunca antes vistos. A diferencia de los bosones o los fermiones, las parapart\u00edculas transforman sus estados internos al intercambiar posiciones, un efecto que no tiene paralelo directo en la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica.<\/p>\n\n\n\n \u201cEstos modelos son el primer paso\u201d, dijo Wang, ahora investigador postdoctoral en el Instituto Max Planck de \u00d3ptica Cu\u00e1ntica. Si bien los experimentos para detectar parapart\u00edculas siguen siendo un desaf\u00edo futuro, su descubrimiento podr\u00eda desbloquear nuevos fen\u00f3menos f\u00edsicos y conducir a innovaciones tecnol\u00f3gicas.<\/p>\n\n\n\n La computaci\u00f3n cu\u00e1ntica y los sistemas de informaci\u00f3n podr\u00edan beneficiarse, por ejemplo, al explotar los estados internos \u00fanicos de las parapart\u00edculas para una comunicaci\u00f3n segura. Pero estas aplicaciones siguen siendo especulativas.<\/p>\n\n\n\n Por ahora, la investigaci\u00f3n sienta las bases para explorar c\u00f3mo las parapart\u00edculas podr\u00edan influir en campos como la informaci\u00f3n cu\u00e1ntica o el estudio de materiales ex\u00f3ticos. \u201cPara hacer realidad las parapart\u00edculas en experimentos, necesitamos propuestas te\u00f3ricas m\u00e1s realistas\u201d, dijo Wang.<\/p>\n\n\n\n Hazzard sigue siendo optimista. \u201cNo s\u00e9 a d\u00f3nde ir\u00e1\u201d, dijo, \u201cpero s\u00e9 que ser\u00e1 emocionante descubrirlo\u201d.<\/p>\n\n\n\n Los hallazgos aparecieron en la revista Nature<\/a>.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Durante casi un siglo, los f\u00edsicos han confiado en una distinci\u00f3n simple para categorizar las part\u00edculas. Los bosones, como los fotones, se apilan felizmente en el mismo estado cu\u00e1ntico, lo que permite fen\u00f3menos como los l\u00e1seres y la superfluidez. Los fermiones, como los electrones, por otro lado, son lobos solitarios. Gobernados por el principio de exclusi\u00f3n de Pauli, se niegan a compartir un estado cu\u00e1ntico, un comportamiento responsable de la estructura de la tabla peri\u00f3dica y la solidez de la materia.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Este descubrimiento tambi\u00e9n revive una pregunta de larga data: \u00bfpodr\u00edan existir las parapart\u00edculas como part\u00edculas fundamentales en la naturaleza? Si bien es especulativo, los autores sugieren que su marco podr\u00eda extenderse a las teor\u00edas cu\u00e1nticas de campos relativistas, lo que sugiere nuevas posibilidades para la f\u00edsica de part\u00edculas.<\/p>\n\n\n\n