Fotografían por primera vez una partícula cuántica en un “estado extracorporal”

 

Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) de Estados Unidos han fotografiado a una partícula cuántica en una especie de «estado extracorporal» totalmente inesperado, rebotando como un fantasma por un material cristalino.

Es la primera vez que los científicos consiguen capturar imágenes directas de cómo los electrones se descomponen en partículas similares a espines llamadas espinones, y en partículas similares a cargas eléctricas llamadas holones, después de ser introducidos en un nuevo estado de la materia conocido como Líquido de spin cuántico (QSL).

Ese estado exótico de la materia QSL es como una especie de «líquido» que se caracteriza, entre otras cosas, por su frenesí de entrelazamiento cuántico.

Las partículas cuánticas tienen dos propiedades inherentes e inseparables: el espín, que refleja su momento angular (estado de rotación), y su carga eléctrica. Ambas se pueden alterar en un entorno QSL.

Para entender la importancia de este descubrimiento hay que retroceder hasta 2006, cuando investigadores de la Universidad de Stanford comprobaron por primera vez experimentalmente una teoría que llevaba 40 años esperando verificación.

Trabajando en la Fuente de Luz Avanzada (ALS) del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de Estados Unidos, el mismo que ha conseguido las históricas fotos, los científicos pudieron comprobar entonces que la excitación colectiva de un sistema de electrones puede conducir a la aparición de dos nuevas cuasipartículas llamadas «espinones» y «holones».

En este estado, el espinón transporta información sobre el espín de un electrón y un holón transporta información sobre su carga, y lo hacen como entidades separadas e independientes.

Es algo paradójico, ya que, trasladado el fenómeno al mundo ordinario, es como si las ruedas de un coche estuvieran orientadas a la derecha y el coche girara a la izquierda, explican los investigadores.

Hasta entonces no se había podido confirmar ni la existencia ni el comportamiento de espinones y halones. Quince años después se ha obtenido el primer testimonio gráfico de ese singular proceso.

“Otros estudios han visto varias huellas de este fenómeno, pero ahora tenemos imágenes reales del estado en el que vive el espinón. Esto es algo nuevo”, explica el líder del nuevo estudio, Mike Crommie, en un comunicado.

Otro de los investigadores, Sung-Kwan Mo, añade: “Los espinones son como partículas fantasma. Son como el gran pie de la física cuántica: la gente dice que los ha visto, pero es difícil demostrar que existen. Con nuestro método, hemos proporcionado algunas de las mejores pruebas hasta la fecha».

En una QSL, los espinones se mueven libremente transportando calor y giro, pero sin carga eléctrica. Para detectarlos, la mayoría de los investigadores se han basado anteriormente en técnicas que buscan sus firmas de calor.

Ahora, como se informa en la revista Nature Physics, Crommie, Mo y sus equipos de investigación, han demostrado cómo caracterizar los espinones en las QSL mediante imágenes directas de cómo se distribuyen en un material.

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