"Parece doblar las leyes físicas": vinculan por primera vez dos cristales de espacio tiempo, unas estructuras cuánticas que antes se creían imposibles

Estas estructuras no solo se forman a temperaturas muy bajas a partir de átomos en movimiento, sino que interactúan y exhiben propiedades útiles para la computación.

04 junio 2022 |

Un equipo de físicos de la Universidad de Lancaster (Reino Unido) reporta haber obtenido en un experimento unos cristales "imposibles" y de gran utilidad para la computación cuántica. Propiamente hablando, vincularon por primera vez en un sistema dos grupos aislados de partículas conocidas como cristales de espacio tiempo, que se comportan como estados raros de la materia común.
La existencia de esta clase de cristales no fue confirmada hasta 2016. Antes de esa fecha, eran considerados una hipótesis e incluso los científicos creían que eran físicamente imposibles. Son una fase de materia muy similar a los cristales normales, pero que no consiste en átomos, sino que es producto de la excitación colectiva de los espines de electrones en una substancia formada por átomos. Esta substancia, además, debe estar reducida a un estado muy especial, llamado superfluido, algo que requiere el enfriamiento a casi el cero absoluto.

El experimento, realizado por la universidad británica conjuntamente con la Universidad de Aalto (Finlandia), "parece doblar las leyes de la física", afirma un comunicado publicado el 2 de junio. Los investigadores generaron al menos dos cristales de espacio tiempo a partir de un elemento que nunca forma cristales en nuestro entorno habitual, el helio, y más concretamente, de su isótopo estable helio-3.

Las estructuras obtenidas no eran de helio congelado (permanecía líquido, con las requeridas propiedades de superfluido), sino los grupos de cuasipartículas magnones. Así se llaman los espines 'excitados' de los electrones que emanan de los átomos de helio.

El enfriamiento de este isótopo creó un superfluido de viscosidad cero y los magnones obtenidos se ordenaron en una estructura cristalina en la que cada cuasipartícula oscilaba en un movimiento llamado 'tic-tac', con una frecuencia regular.

En teoría, los cristales de espacio tiempo funcionan en su estado de energía más bajo posible, conocido como estado fundamental, y en estas condiciones (a temperaturas extremadamente bajas) son estables y coherentes durante largos períodos de tiempo. En este sentido, su estructura no solo se repite en el espacio, como la de los cristales regulares, sino en el espacio y el tiempo, exhibiendo así una propiedad asociada con el movimiento perpetuo.

"Todo el mundo sabe que las máquinas de movimiento perpetuo son imposibles", manifiesta el físico Samuli Autti, autor principal del experimento. Sin embargo, la física cuántica permite la existencia de estos cristales de espacio tiempo, que sí exhiben una clase de movimiento sin fin.

En medio de un superfluido generado a una diezmilésima parte de grado encima del cero absoluto (0,0001 Kelvin o -273,15 °C) los cristales de espacio tiempo se formaron como un especie de condensado, cada uno de ellos compuesto por un billón de magnones. Los científicos pusieron en contacto dos de ellos y los observaron interactuando como prevé la física cuántica, algo que contemplan utilizar en la computación cuántica.

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