Científicos han descubierto un nuevo estado de la materia; de qué se trata este hallazgo

Una de las lecciones fundamentales que le enseñan a los niños desde la etapa escolar involucra los estados de la materia. A través de diversos ejemplos y con el objetivo principalmente de comprender temas como el ciclo del agua, los profesores instruyen a millones de alumnos año tras año sobre los estados de la materia.

Los estados fundamentales de la materia son tres: sólido, líquido y gaseoso. Debido a las condiciones prevalentes en la superficie terrestre, solo algunas sustancias tienen la capacidad de existir de forma natural en estos tres estados; el agua es un ejemplo paradigmático de ello. La mayoría de las sustancias se encuentran en un estado específico.

Sin embargo, recientemente se informó que un grupo de científicos ha identificado un nuevo estado de la materia. En la actualidad, en entornos extremos o en laboratorios especializados, han sido descubiertos estados adicionales, como el plasma o los condensados de Bose-Einstein.

Este notorio avance ha sido logrado por un equipo liderado por Tigran Sedrakyan, profesor de la Universidad de Massachusetts. Su experimento y los resultados obtenidos de este estudio se han detallado en la revista Nature.

Como parte de su investigación, el equipo de Tigran Sedrakyan creó un aparato al que llamaron “máquina de frustración”, que consiste en un dispositivo semiconductor bicapa. La capa de la parte superior de este dispositivo se encuentra compuesta por electrones que pueden moverse libremente, mientras que la capa inferior contiene “agujeros” o espacios que podrían ser ocupados por electrones libres.

La forma en que las capas interactúan se ve como si fueran un espacio interconectado. La capa interna fue diseñada de manera que no tuviera un número igual de agujeros y electrones; esto hubiera permitido un comportamiento predecible en el sistema, con cada electrón ocupando un hueco.

Sin embargo, al reducir la disponibilidad de lugares para los electrones, se generó un desequilibrio local. “Es como un juego de sillas diseñado para frustrar a los electrones. En lugar de que cada electrón tenga una silla a la que ir, ahora deben revolverse y tener muchas posibilidades en donde ‘sentarse’”, explicó Sedrakyan.

El autor principal del estudio compartió que “uno encuentra estados cuánticos de la materia en estas franjas… Y son mucho más salvajes que los tres estados clásicos que encontramos en nuestra vida cotidiana”. Los científicos han denominado a este nuevo estado como “Bose quiral”, el cual presenta una serie de características únicas.

Una de las características más notables de este estado es que, cuando la materia cuántica en estado quiral se enfría hasta el cero absoluto, los electrones se congelan en un patrón predecible. Las partículas resultantes, con carga neutra, girarán en sentido horario o antihorario. Incluso si otra partícula colisiona con uno de estos electrones o se introduce un campo magnético, no se alterará su giro; este estado es excepcionalmente robusto y puede utilizarse para la codificación de datos digitales con una alta tolerancia a fallos.

Otra característica sorprendente que han observado los investigadores es que, cuando las partículas en los bordes quiralmente entrelazadas interactúan entre sí, un impacto en una partícula afecta a todas en conjunto al mismo tiempo. Este fenómeno es resultado del entrelazamiento a larga distancia presente en este sistema cuántico que está revolucionando a la ciencia y dando de qué hablar.

Lingjie Du, físico y miembro del equipo de investigación que desarrolló este novedoso experimento, comentó: “En el borde de la bicapa de semiconductores, los electrones y los huecos se mueven con las mismas velocidades… 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 más altos”.