La célebre cita de Richard Feynman, galardonado con el Premio Nobel de FÃsica por sus aportes a la electrodinámica cuántica, captura de manera precisa la complejidad inherente a la fÃsica cuántica: «Si crees que entiendes la fÃsica cuántica, en realidad no la entiendes». La mecánica cuántica investiga las leyes que rigen el diminuto mundo de las partÃculas y las interacciones que afectan a las estructuras atómicas y subatómicas.
Muchas de estas reglas difieren drásticamente de las leyes con las que estamos familiarizados en nuestro mundo macroscópico. Durante el último siglo, muchos fÃsicos han dedicado sus esfuerzos a comprender los fenómenos cuánticos conocidos y a descubrir nuevos principios cuánticos desconocidos. Sin embargo, trabajar con partÃculas diminutas es una tarea sumamente difÃcil. Esto no implica que los avances no estén ocurriendo.
A la búsqueda de la esquiva transición de fase superradiante
En 1973, los fÃsicos Klaus Hepp y Elliott H. Lieb predijeron un fenómeno cuántico llamado transición de fase superradiante. Durante más de medio siglo, la comunidad cientÃfica buscó, sin éxito, evidencia de este fenómeno más allá de la teorÃa. Todo cambió el pasado 4 de abril. Investigadores de la Universidad Rice en Texas, la Universidad de Shanghái en China, el Laboratorio Nacional Ames de la NASA y la Universidad Nacional de Singapur, entre otros, publicaron un artÃculo en ScienceAdvances detallando cómo lograron observar experimentalmente este escurridizo fenómeno cuántico.
Comprender la transición de fase superradiante y sus implicaciones no es sencillo, pero podemos imaginarlo como un cambio abrupto en un sistema de partÃculas que provoca que muchas de ellas comiencen a comportarse de manera coordinada. Sin este fenómeno, los átomos interactúan débilmente y de forma desordenada, pero con la transición de fase superradiante se sincronizan y actúan de manera uniforme, generando un nuevo estado de la materia.
Cuando surge la transición de fase superradiante, los átomos se sincronizan y muestran un comportamiento uniforme
Lo más sorprendente es que este nuevo estado dota al material de propiedades inusuales desde una perspectiva macroscópica. Los investigadores mencionados lograron la primera observación directa de este fenómeno desencadenando la transición en un cristal de erbio, hierro y oxÃgeno expuesto a una temperatura de −271,7 grados Celsius. Además, lo sometieron a un campo magnético de 7 teslas, mucho más potente que el campo magnético terrestre, con el objetivo de inducir la transición de fase superradiante al acoplar el espÃn de las partÃculas. Y tuvieron éxito.
El espÃn es una propiedad intrÃnseca de las partÃculas elementales, similar a la carga eléctrica, y está relacionada con su momento de rotación angular. La primera confirmación experimental de su existencia llegó en 1922 gracias a los experimentos de los fÃsicos alemanes Otto Stern y Walther Gerlach, aunque los cientÃficos no empezaron a comprender completamente esta propiedad fundamental hasta años después. Comprender el espÃn es complejo al ser un fenómeno cuántico, lo que dificulta describirlo como una rotación convencional en el espacio.
No obstante, la descripción anterior se usa comúnmente con fines didácticos para intuir de qué se trata. Lo más relevante es que la transición de fase superradiante abre nuevas posibilidades para el desarrollo de tecnologÃas cuánticas de próxima generación. Este descubrimiento es crucial. Según los fÃsicos involucrados, este mecanismo podrÃa utilizarse para desarrollar sensores cuánticos con mayor sensibilidad que los actuales y producir cúbits más robustos para los ordenadores cuánticos. Es una perspectiva prometedora. Esperemos que sus predicciones se hagan realidad.
Imagen | Generada por Xataka con DALL-E
Más información | ScienceAdvances
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