Detectado el quadruplón, una cuasipartícula de cuatro cuerpos que desafía la física conocida

Investigadores de China logran observar por primera vez una exótica cuasipartícula en un semiconductor bidimensional, abriendo nuevas fronteras en la física cuántica

Un equipo internacional de científicos liderado por el profesor Cun-Zheng Ning , de la Universidad Tecnológica de Shenzhen y la Universidad Tsinghua , ha anunciado el descubrimiento de una nueva cuasipartícula de cuatro cuerpos , el cuadruplón , en un semiconductor bidimensional . El hallazgo ha sido publicado el pasado 20 de abril en la revista científica eLight y supone un importante avance en el estudio de la materia en estado cuántico.

El experimento partió del uso de una lámina ultrafina de disulfuro de molibdeno (MoS₂) , tan delgada como una molécula, colocada entre capas de nitruro de boro y conectada a un electrodo metálico. Esta estructura permitió controlar las cargas eléctricas del sistema y estudiar su respuesta óptica al modificar el voltaje aplicado.

Tecnología láser para observar lo efímero

El equipo utilizó una técnica conocida como bomba-sonda , en la que un pulso láser fuerte excita el material y otro más débil llega instantes después para medir su evolución. Así consiguieron observar el comportamiento de cuasipartículas fugaces , como excitones, triones o biexcitones , y detectar nuevos estados finales de cuatro partículas .

Gracias a una combinación precisa de variación de voltaje, temperatura, energía de los láseres e intensidad de los pulsos , lograron registrar seis picos nuevos en el espectro de absorción , muy por debajo de los esperados. Ning y su equipo confirmaron que no eran errores ni defectos, repitiendo los experimentos en cinco muestras diferentes , todas en condiciones controladas.

Una partícula que no se reduce: el quadruplón

Tras descartar explicaciones convencionales, los investigadores desarrollaron una nueva teoría basada en las interacciones de Coulomb entre dos electrones y dos huecos . Mediante un método de expansión de clústeres , lograron simular cómo diferentes combinaciones de partículas producían los espectros observados.

El resultado fue claro: ninguna combinación más simple era responsable de los nuevos picos . Solo el cuarto orden de cluster , con cuatro cuerpos interactuando simultáneamente, explicaba los datos. Así nació el quadruplón , una cuasipartícula genuina, teóricamente consistente y experimentalmente confirmada .

Nuevas fronteras en la materia cuántica

Este descubrimiento no solo amplía la familia de cuasipartículas más allá de los excitones y biexcitones, sino que abre la puerta a nuevas investigaciones sobre la emisión de luz en materiales 2D y las interacciones cuánticas colectivas en sistemas extremadamente pequeños.

El equipo de Ning ya trabaja en explorar la existencia de cuadruplones en otros materiales y en estudiar sus propiedades ópticas, con la esperanza de desvelar nuevos fenómenos cuánticos con aplicaciones en optoelectrónica, computación cuántica y física fundamental.