Durante años, los estudiantes han aprendido que hay cuatro estados observables de la materia: sólidos, líquidos, gases y plasma. Pero gracias al trabajo realizado por físicos de la Universidad de Cambridge y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, los libros de texto de ciencias podrían necesitar actualizarse con una nueva fase de la materia: "líquido de espín cuántico".
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Después de décadas de búsqueda, los investigadores han descubierto la primera evidencia observable del estado evasivo, documentada recientemente en Nature Materials. Aquí hay tres cosas que debe saber sobre el líquido de giro cuántico:
No es realmente un liquido
El "líquido" en el "líquido de centrifugado cuántico" es casi un nombre inapropiado. A diferencia de los líquidos conocidos como el agua, aquí la palabra en realidad se refiere a cómo se comportan los electrones bajo ciertas circunstancias raras. Todos los electrones tienen una propiedad conocida como spin y pueden girar hacia arriba o hacia abajo. En general, a medida que la temperatura de un material se enfría, sus electrones tienden a comenzar a girar en la misma dirección. Sin embargo, para materiales en un estado líquido de espín cuántico, los electrones nunca se alinean. De hecho, en realidad se vuelven cada vez más desordenados, incluso a temperaturas de cero absoluto, informa Fiona MacDonald para Science Alert . Es esta naturaleza caótica y fluida la que impulsó a los físicos a describir el estado como "líquido".
Hace que los electrones parezcan separarse
Cada átomo en el universo está hecho de tres partículas: protones, electrones y neutrones. Mientras que los físicos han descubierto que los protones y los neutrones están compuestos de partículas aún más pequeñas llamadas quarks, hasta ahora se ha encontrado que los electrones son indivisibles. Sin embargo, hace aproximadamente 40 años, los físicos teóricos plantearon la hipótesis de que, bajo ciertas circunstancias, los electrones de ciertos materiales pueden aparecer divididos en cuasipartículas llamadas "fermiones de Majorana", escribe Sophie Bushwick para Popular Science .
Ahora, los electrones en realidad no se separan, simplemente actúan como si lo hicieran. Pero lo realmente extraño de los fermiones de Majorana es que pueden interactuar entre ellos a nivel cuántico como si realmente fueran partículas. Esta extraña propiedad es lo que le da a los líquidos de espín cuántico sus propiedades desordenadas, ya que las interacciones entre los fermiones de Majorana evitan que se establezca en una estructura ordenada, escribe Bushwick.
A diferencia de cómo se ordenan las moléculas de agua a medida que se congela en hielo, el enfriamiento del líquido de centrifugado cuántico no conduce a ninguna reducción en el desorden.
Los líquidos de spin cuántico podrían ayudar a desarrollar computadoras cuánticas
Tan poderosas como pueden ser las computadoras modernas, todas sus operaciones se reducen a codificar información como secuencias de ceros y unos. Las computadoras cuánticas, por otro lado, en teoría podrían ser mucho más poderosas al codificar información usando partículas subatómicas que pueden girar en múltiples direcciones. Eso podría permitir a las computadoras cuánticas ejecutar múltiples operaciones al mismo tiempo, haciéndolas exponencialmente más rápidas que las computadoras normales. Según los autores del estudio, los fermiones de Majorana podrían algún día ser utilizados como bloques de construcción de computadoras cuánticas mediante el uso de las cuasipartículas que giran salvajemente para realizar todo tipo de cálculos rápidos. Si bien esta es una idea muy teórica, las posibilidades para futuros experimentos son emocionantes.
