El colapso de las cuasipartículas de electrones

Muchas sustancias cambian sus propiedades cuando se enfrían por debajo de cierta temperatura crítica. Tal transición de fase ocurre, por ejemplo, cuando el agua se congela. Sin embargo, en ciertos metales hay transiciones de fase a escala microscópica que no existen en el macrocosmos. Surgen debido a las leyes especiales de la mecánica cuántica que imperan en el ámbito de los bloques de construcción más pequeños de la naturaleza.

Se ha venido sospechando que el concepto tradicional de los electrones como portadores de carga eléctrica no es aplicable cerca de algunas transiciones de fase exóticas. Ahora, unos científicos han comprobado que la sospecha es cierta.

Estos científicos son de la Universidad de Bonn en Alemania y del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich (ETH).

Los electrones pueden estar encerrados en átomos, sin poder salir de ellos si la situación se mantiene estable. Algunos electrones en los metales, por otro lado, se mueven libremente, sin estar circunscritos a un átomo en concreto, razón por la cual estos metales también pueden conducir electricidad.

En ciertos materiales cuánticos exóticos, ambas variedades de electrones pueden conformar un estado de superposición. Esto produce lo que se conoce como cuasipartículas. Son, en cierto sentido, inmóviles y móviles al mismo tiempo, una característica que solo es posible en el mundo cuántico.

Estas cuasipartículas, a diferencia de los electrones "normales", pueden destruirse durante una transición de fase. Esto significa que en esos casos también se pueden observar las propiedades de una transición de fase continua.

Recreación artística de una cuasipartícula, compuesta de electrones sujetos a un átomo y de electrones libres, que se rompe por la acción de un pulso de luz ultracorto. (Ilustración: University of Bonn)

Este fenómeno solo se había podido observar de manera indirecta, en algunos experimentos.

Ahora, un equipo integrado, entre otros, por Hans Kroha del Centro Bethe de Física Teórica en la Universidad de Bonn, así como Chia-Jung Yang y Manfred Fiebig del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich, ha ideado un nuevo método que permite la identificación directa del colapso de cuasipartículas de electrones en una transición de fase.

El avance logrado en este estudio contribuirá a un mejor conocimiento de las transiciones de fases en el mundo cuántico.

El estudio se titula “Critical slowing down near a magnetic quantum phase transition with fermionic breakdown”. Y se ha publicado en la revista académica Nature Physics. (Fuente: NCYT de Amazings)