Descubren un nuevo y enigmático estado de la materia

Se han descubierto evidencias de un misterioso nuevo estado de la materia, vaticinado por primera vez hace 40 años, en un material real. Este estado ocasiona que los electrones, a los que se considera partículas indivisibles, se comporten como si se fragmentasen en bloques.

Los investigadores, incluyendo físicos de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, han medido las primeras firmas de estas partículas fraccionarias, conocidas como fermiones de Majorana, en un material bidimensional con una estructura similar a la del grafeno. Sus resultados experimentales coinciden muy bien con uno de los modelos teóricos principales de ese estado exótico mencionado.

Se cree que este misterioso estado de la materia se oculta en ciertos materiales magnéticos, pero no ha sido visto de forma concluyente en la naturaleza.

La observación de una de sus propiedades más intrigantes, el aparente fraccionamiento del electrón, en un material real, es un hito. Y no solo para la física: los fermiones de Majorana resultantes podrían ser utilizados como bloques de construcción para las computadoras cuánticas, que serían mucho más rápidas que cualquier ordenador o superordenador convencional y podrían llevar a cabo cálculos que de otra forma no podrían hacerse.

En un material magnético típico, los electrones se comportan como diminutos imanes de barra. Y cuando el material es enfriado a una temperatura lo bastante baja, los “imanes” se reordenan, de manera que todos los polos norte magnéticos apuntan en la misma dirección, por ejemplo.

Pero en un material en el que se da ese estado exótico, incluso si está enfriado hasta el umbral del cero absoluto, los imanes no se alinearían sino que experimentarían un entrelazamiento ocasionado por fluctuaciones cuánticas.

El equipo internacional de Johannes Knolle y Dmitry Kovrizhin, de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, dirigido desde el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Estados Unidos, utilizó técnicas de dispersión de neutrones para buscar pruebas experimentales de fraccionamiento en cristales de cloruro de rutenio. Los investigadores analizaron las propiedades magnéticas de los cristales de este material "iluminándolos" con neutrones, y observando el patrón de las ondulaciones que los neutrones producían en una pantalla.

Un imán normal crearía puntos distintivos y marcados, pero existía el misterio de qué tipo de patrón presentarían en ese estado exótico los fermiones de Majorana. La predicción teórica de Knolle y sus colaboradores en 2014, que hablaba de firmas distintivas, coincide bien con lo que han observado en la pantalla los científicos que hicieron los experimentos, proporcionando por primera vez pruebas directas de ese estado y del fraccionamiento o fraccionalización de los electrones en un material bidimensional.

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