Observan una rara fase cuántica considerada imposible

Unos investigadores han hecho la primera observación directa de un sorprendente fenómeno cuántico predicho hace más de medio siglo. El descubrimiento abre la puerta hacia aplicaciones revolucionarias en computación, comunicación y detección cuánticas.

El fenómeno en cuestión se llama “transición de fase superradiante” y sucede cuando dos grupos de partículas cuánticas comienzan a fluctuar de forma coordinada y colectiva sin ningún desencadenante externo, formando un nuevo estado de la materia.

El hallazgo es obra de un equipo encabezado por Dasom Kim, de la Universidad Rice en Houston, Texas, Estados Unidos.

El descubrimiento se realizó en un cristal compuesto de erbio, hierro y oxígeno que se enfrió hasta unos 272 grados centígrados bajo cero y se expuso a un potente campo magnético de hasta 7 teslas (más de 100.000 veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra).

Originalmente, se creyó que la transición de fase superradiante surgía de las interacciones entre las fluctuaciones cuánticas del vacío (campos cuánticos de luz que existen de forma natural incluso en el espacio completamente vacío) y las fluctuaciones de la materia. Sin embargo, Kim y sus colegas han logrado provocar esta exótica transición de fase acoplando dos subsistemas magnéticos distintos: las fluctuaciones del espín de los iones de hierro y las del de los iones de erbio dentro del cristal.

El espín describe los polos magnéticos de los electrones u otras partículas y nos lo podemos imaginar como una pequeña flecha unida a cada partícula, girando constantemente y apuntando en una dirección determinada. Cuando los espines se alinean, crean patrones magnéticos en un material. Cuando el patrón de espines ondula a través del material como una onda, la excitación colectiva resultante conforma lo que se conoce como magnón.

Dasom Kim. (Foto: Jorge Vidal / Rice University)

Kim y sus colegas exponen los detalles técnicos de su descubrimiento en la revista académica Science Advances, bajo el título “Observation of the magnonic Dicke superradiant phase transition”. (Fuente: NCYT de Amazings)