Científicos crean extraños ‘muros de dominio’ cuánticos en laboratorio


El descubrimiento puede ayudar a los investigadores a comprender mejor las partículas cuánticas exóticas y podría sugerir vías para nuevas tecnologías en el futuro, como la electrónica cuántica o la memoria cuántica.

Publicado el 2 de febrero en la revista Nature, la investigación se llevó a cabo en el laboratorio del profesor Cheng Chin, que estudia nuevos sistemas cuánticos y la física que los sustenta. En uno de sus experimentos, los científicos de la UChicago notaron un hecho intrigante en los átomos a temperaturas extremadamente bajas. En las condiciones adecuadas, los grupos de átomos pueden segregarse en dominios y se forma una «pared» en la unión donde se encontraron. Esta pared de dominio se comportó como un objeto cuántico independiente.

Investigadores de la Universidad de Chicago descubrieron cómo crear y manipular un fenómeno cuántico conocido como «pared de dominio», que se muestra en esta imagen como la línea más clara entre dos grupos de átomos. (Imagen adaptada y color agregado de los datos del experimento). Crédito: Kai-Xuan Yao

«Es como una duna de arena en el desierto: está hecha de arena, pero la duna actúa como un objeto que se comporta de manera diferente a los granos de arena individuales», dijo Ph.D. estudiante Kai-Xuan Yao, el primer autor del estudio.

Los científicos habían vislumbrado estos muros de dominio en materiales cuánticos, pero anteriormente no podían generarlos ni analizarlos de manera confiable. Una vez que los físicos de UChicago crearon la receta para hacer y estudiar de cerca las paredes, observaron comportamientos sorprendentes.

«Tenemos mucha experiencia en el control de átomos», dijo Chin, quien trabaja en el Departamento de Física del Instituto James Franck y el Instituto Enrico Fermi. «Sabemos que si empujas los átomos hacia la derecha, se moverán hacia la derecha. Pero aquí, si empujas la pared del dominio hacia la derecha, se moverá hacia la izquierda».

Estos muros de dominio son parte de una clase conocida como fenómenos «emergentes», lo que significa que parecen seguir nuevas leyes de la física como resultado de muchas partículas que actúan juntas como un colectivo.

El laboratorio de Chin estudia estos fenómenos emergentes, creyendo que pueden arrojar luz sobre un conjunto de leyes llamadas teoría de calibre dinámico, que describe otros fenómenos emergentes en los materiales, así como en el universo primitivo; Es probable que los mismos fenómenos mantuvieran unidas a las primeras partículas cuando se agruparon para formar galaxias, estrellas y planetas.

Los avances en este campo también podrían permitir una nueva tecnología cuántica. Los científicos están interesados ​​en catalogar estos comportamientos en parte porque pueden convertirse en la base de la tecnología futura; por ejemplo, la base del GPS moderno proviene de los científicos de la década de 1950 que intentaron probar la teoría de la relatividad de Einstein.

«Puede haber aplicaciones para este fenómeno en términos de fabricación de material cuántico programable o procesador de información cuántica; se puede usar para crear una forma más robusta de almacenar información cuántica o habilitar nuevas funciones en los materiales», dijo Chin. «Pero antes de que podamos averiguarlo, el primer paso es entender cómo controlarlos».

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