Descubren un nuevo estado de la materia

Un estudio reciente revela que los electrones pueden unirse de manera similar a cómo los quarks se combinan para formar neutrones y protones.

El hallazgo es obra del equipo internacional de Jeremy Levy y Patrick Irvin, de la Universidad de Pittsburgh en Estados Unidos.

La investigación que ha llevado a este descubrimiento se centró en sistemas de conducción unidimensionales donde los electrones viajan sin dispersarse, en grupos de dos o más a la vez, en vez de individualmente.

Normalmente, los electrones en semiconductores o metales se mueven y se dispersan, aunque avanzan en una misma dirección si se aplica un voltaje. Pero en los conductores denominados “balísticos”, los electrones se mueven más como pasajeros de automóviles en una carretera. La ventaja práctica de esto es que no emiten calor y se pueden usar de maneras muy diferentes al modo en que se emplean en los sistemas eléctricos y electrónicos ordinarios. El equipo de Levy e Irvin ha descubierto que cuando se provoca que los electrones se atraigan entre sí, se pueden formar racimos de dos, tres, cuatro y cinco electrones. Estos racimos literalmente se comportan como nuevos tipos de partículas, nuevas formas de materia electrónica.

Levy compara estas uniones entre electrones con las uniones entre quarks que permiten formar neutrones y protones.

En un sentido figurado, puede decirse que en el nuevo estado de la materia descubierto los electrones viajan agrupados en automóviles y que a cada cantidad de pasajeros le corresponde una conducta global diferente. (Ilustración: Yun-Yi Pai)

¿Útil para la computación cuántica?

Las nuevas partículas presentan propiedades relacionadas con el entrelazamiento cuántico, que podrían usarse para la computación cuántica y la redistribución cuántica. Levy asegura que el descubrimiento es un avance importante hacia la próxima etapa de la física cuántica.

Levy explica que este estudio se enmarca en una línea de investigación que la Universidad de Pittsburgh explora con el propósito de lograr avances relacionados con lo que él define como “la segunda revolución cuántica". "En la primera revolución cuántica, se descubrió que el mundo que nos rodea se rige fundamentalmente por las leyes de la física cuántica”, explica Levy. Ese descubrimiento condujo a una comprensión de la tabla periódica, de cómo se comportan los materiales a pequeña escala y ayudó en el desarrollo de transistores, computadoras, escáneres de resonancia magnética y tecnologías de la información. Ahora, en el siglo XXI, estamos constatando todas las predicciones extrañas de la física cuántica e ideando usos prácticos para ellas. “Cuando hablamos de aplicaciones, estamos pensando en computación cuántica, teleportación cuántica, comunicaciones cuánticas, detección cuántica... conceptos todos ellos que se valen de propiedades de la naturaleza cuántica de la materia que fueron ignoradas antes".

En la investigación también han intervenido David Pekker, Roger S.K. Mong, Megan Briggeman, Michelle Tomczyk, Binbin Tian, Mengchen Huang y Anthony Tylan-Tyler, de la Universidad de Pittsburgh, así como Hyungwoo Lee (ahora en la Universidad Nacional de Busán en Corea del Sur), Jung-Woo Lee y Chang-Beom Eom de la Universidad de Wisconsin-Madison (Estados Unidos) y Yuchi He de la Universidad Carnegie Mellon (Estados Unidos). (Fuente: NCYT Amazings)