Usted está familiarizado con los estados de la materia que encontramos a diario (como sólido, líquido y gaseoso), pero en condiciones más exóticas y extremas pueden aparecer nuevos estados, y científicos de EE. UU. y China descubrieron uno a principios de este año.

Lo llaman estado líquido-bose quiral y, como ocurre con cada nueva disposición de partículas que descubrimos, puede decirnos más sobre la estructura y los mecanismos del Universo que nos rodea y, en particular, en el universo cuántico superpequeño. escala.

Los estados de la materia describen cómo las partículas pueden interactuar entre sí, dando lugar a estructuras y diversas formas de comportarse. Bloquea los átomos en su lugar y tendrás un sólido. Déjalos fluir, tienes un líquido o un gas. Separa las asociaciones cargadas de fuerza, 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 posibilidades y energía.

Los investigadores descubrieron el nuevo estado a través de un sistema cuántico frustrado . En términos simples, es un sistema con restricciones incorporadas que impiden 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. En este caso, 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”, dijo el físico teórico de la materia condensada Tigran Sedrakyan de la Universidad de Massachusetts Amherst.

“En lugar de que cada electrón tenga una silla a la que ir, ahora deben luchar y tener muchas posibilidades en el lugar donde sentarse”.

El sistema que crearon los investigadores 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.

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Ilustración de una banda de foso, el tipo de sistema frustrado creado por los científicos. (Tigran Sedrakyan)

Aunque este tipo de sistema sigue siendo difícil de observar, el equipo utilizó un campo magnético ultrafuerte para medir cómo se movían los electrones, revelando la primera evidencia del nuevo estado líquido quiral bose.

“En el borde de la bicapa semiconductora, los electrones y los huecos se mueven a la misma velocidad”, dijo 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 superiores”.

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 a nivel cuántico.

Es más, las partículas externas que afectan a un electrón pueden afectar a todos los electrones del sistema, gracias al entrelazamiento cuántico de relativamente largo alcance . Es como estrellar una bola blanca contra un paquete de bolas de billar y que todas esas bolas viajen 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 comunes de partículas) nos acerca a una comprensión completa de nuestro mundo.

“En estas franjas se encuentran estados cuánticos de la materia, y son mucho más salvajes que los tres estados clásicos que encontramos en nuestra vida cotidiana”, dijo Sedrakyan.

La investigación ha sido publicada en Nature .