La física cuántica es una especie de país de las maravillas donde puede ocurrir lo más extraño posible, como que dos cosas contrarias sucedan al mismo tiempo. Es el caso del famoso gato de Schrödinger, que puede estar vivo o muerto a la vez. Ahora, un equipo internacional de físicos ha observado en laboratorio por primera vez uno de esos exóticos efectos teóricos de la física de partículas que hasta ahora se pensaba que solo ocurría en inmensos campos gravitacionales, cerca de un agujero negro, o en los inicios del Universo, justo después del Big Bang. El hallazgo podría ayudar a comprender los orígenes del Cosmos y mejorar el proceso de conversión de energía de los aparatos electrónicos.
El equipo, dirigido por el físico Johannes Gooth de IBM Research, cerca de Zúrich, Suiza, detectó evidencias de un efecto cuántico predicho desde hace tiempo llamado anomalía axial-gravitacional. Afirma que los enormes campos gravitacionales -que la relatividad general describe como el resultado de enormes masas que curvan el espacio-tiempo- deberían destruir la simetría de tipos particulares de partículas que normalmente vienen en parejas de espejo-imagen, creando más de una partícula y menos de otra.
Esta ruptura había sido previamente propuesta a partir de razonamientos puramente teóricos con métodos basados en la teoría de cuerdas. Sin embargo, se pensaba que solo se producía a altas temperaturas, de billones de grados, en un estado exótico de la materia llamado plasma de quarks y gluones, existente solo en las primeras etapas del universo en las profundidades del cosmos o en experimentos de colisión de iones pesados usando aceleradores de partículas. Pero para sorpresa de los autores, este descubrimiento implica que también existe en la Tierra, en sistemas del estado sólido de la física, en el que está basada gran parte de la industria de la informática, abarcando desde los pequeños transistores hasta los centros de procesamiento de datos.
Los investigadores utilizaron en el experimento cristales de fosfuro de niobio. «Esta anomalía es tan difícil de medir que incluso la evidencia indirecta es un gran avance», dice a la web de la revista Nature el miembro del equipo Adolfo Grushin, de la Universidad de California en Berkeley.
Los guantes zurdos se cambian de mano
Dentro del cristal, el efecto es como si un cajón de pares de guantes estuviera de repente adquiriendo un exceso de guantes de la mano derecha porque algunos de los zurdos han cambiado de mano. El resultado, publicado en la revista Nature, refuerza una visión emergente de que los materiales cuánticos -los cristales cuyas propiedades están dominadas por efectos mecánico cuánticos - pueden actuar como bancos experimentales para efectos físicos que sólo podrían ser observados bajo circunstancias exóticas.
Las partículas afectadas por la anomalía se conocen como fermiones de Weyl, propuestos en los años 20 por el matemático Hermann Weyl. Estas partículas difieren de otras clases de fermiones (como el electrón) porque parecen no tener masa, y porque también tienen quiralidad, pueden ser «diestras» y «zurdas» al mismo tiempo.
«Por primera vez, hemos observado experimentalmente esta anomalía cuántica fundamental en la Tierra, lo que es extremadamente importante para nuestra comprensión del Universo», señala Gooth. «Ahora podemos construir nuevos dispositivos de estado sólido basados en esta anomalía para eludir algunos de los problemas inherentes a los dispositivos electrónicos clásicos, como los transistores».
Los nuevos cálculos, para los que se han utilizado en parte los métodos de la teoría de cuerdas, mostraron que esta anomalía gravitacional también es responsable de producir una corriente si el material se calienta al mismo tiempo que se aplica un campo magnético.
«Este es un descubrimiento increíblemente emocionante. Podemos concluir claramente que la misma ruptura de simetría se puede observar en cualquier sistema físico, ya sea que haya ocurrido en el comienzo del Universo o que esté sucediendo hoy, justo aquí en la Tierra», señala Karl Landsteiner, un teórico de cuerdas en el Instituto de Física Teórica UAM/CSIC y coautor del artículo.
Los científicos de IBM pronostican que este descubrimiento generará una fuerte demanda de nuevos desarrollos de aparatos, en particular para la conversión de energía, similar al entusiasmo generado cuando el silicio fue considerado por primera vez para la electrónica.
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