Kinks, skinks y supersimetría


La supersimetría es la simetría de la naturaleza que a menudo se supone que existe entre las partículas elementales. En un nuevo artículo que apareció en Physical Review Letters esta semana, los físicos de la Universidad de Amsterdam y QuSoft proponen una configuración en la que también se puede observar la supersimetría entre bultos de energía en un material, los llamados pliegues y eslizones.

( a ) Espectro (recuadro) y nueve energías propias más bajas para l = 4 en l (gris) y l + 1 (magenta discontinuo) sector de número de partículas de HQ. (b) La ecuación de dispersión. (4) para λ=0.1, 0.5, 1 (azul, naranja, verde). Los círculos rellenos corresponden al modo más rápido ˜k con vmax. Los rombos verdes indican las energías propias exactas para l=4 y λ=1. La línea discontinua verde es una guía ocular que representa la dispersión lineal en el origen. El recuadro muestra la brecha, es decir, la energía más baja (negro) y vmax (rojo) frente a λ. Crédito: DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.050504

Supersimetría: la herramienta de un físico

La supersimetría es una simetría hipotética de la naturaleza que conecta los tipos conocidos de partículas elementales con partículas diferentes pero muy similares: sus «superparejas». Inspirados por la belleza de esta idea, los físicos de la materia condensada han propuesto utilizar la supersimetría para ayudar a abordar algunos de los problemas más difíciles problemas, como el comportamiento de grandes grupos de partículas cuánticas que interactúan fuertemente, donde a menudo los enfoques numéricos, aunque limitados, son la única opción.

Este es en particular el caso de los electrones que interactúan en los sistemas de estado sólido, que subyacen a algunas cuestiones pendientes. Un buen ejemplo es la pregunta de por qué y cuándo algunos materiales, a temperaturas relativamente altas, pueden perder completamente su resistencia a las corrientes eléctricas y convertirse en superconductores.

Para responder a estas preguntas, los físicos han diseñado modelos teóricos que incluyen explícitamente la supersimetría. Su búsqueda es comprender los estados cuánticos de la materia formados por fermiones, una familia de partículas con propiedades similares al electrón. En 2003 se hizo una propuesta particularmente natural en dos artículos consecutivos de los físicos de UvA Kareljan Schoutens, Jan de Boer y Bernard Nienhuis junto con Paul Fendley (ahora en Oxford).

Créditos: Wikimedia Commons

Torceduras y skinks

Es importante destacar que las consideraciones anteriores hasta ahora seguían siendo el campo de juego de los teóricos. Sin embargo, en su nuevo artículo, Jiří Minář, Bart van Voorden y Kareljan Schoutens proponen, por primera vez, cómo posiblemente también realizar tales sistemas supersimétricos en un laboratorio, utilizando átomos neutros enfriados a una temperatura cercana al cero absoluto, más de 270 grados bajo cero en la escala Celsius. Los átomos son manipulados por láseres, llevándolos a un estado altamente excitado, el llamado estado de Rydberg, que ayuda a mediar en la interacción entre los átomos. Dichos sistemas atómicos Rydberg ahora se usan comúnmente en laboratorios (incluidos los laboratorios de la Universidad de Amsterdam y TU Eindhoven), entre otras cosas porque constituyen una de las plataformas pioneras para la realización de una computadora cuántica.

El sistema estudiado en el nuevo artículo presenta ‘excitaciones topológicas de cuasipartículas’, bultos localizados de energía conocidos como torceduras, así como sus supercompañeros dictados por la supersimetría, los eslizones. Los investigadores pudieron diseñar un protocolo experimental explícito que prepara y detecta la dinámica tanto de torceduras como de eslizones. La característica notable de su configuración es que la forma en que las cantidades medidas evolucionan en el tiempo es idéntica tanto para los kinks como para los skinks. Esto da una clara señal experimental del hecho de que estas cuasipartículas son muy similares, es decir, muestra la supersimetría subyacente.

Hacia más dimensiones

La nueva investigación se centró en el escenario más simple posible: una red unidimensional donde todos los átomos están dispuestos en una línea. Por lo tanto, el trabajo puede inspirar no solo posibles realizaciones experimentales de supersimetría utilizando las técnicas disponibles, sino también el diseño de simuladores más elaborados de modelos supersimétricos en más de una dimensión, con los átomos dispuestos en un plano bidimensional, o incluso en las tres direcciones. . Se sabe que tales sistemas exhiben propiedades exquisitas, cuya naturaleza sigue siendo poco conocida. Un simulador cuántico de átomos de Rydberg podría proporcionar la herramienta adecuada para abordar preguntas tan intrigantes en el futuro.

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