Representación de la banda del foso, que frustra las partículas y conduce al estado líquido de bose quiral. / Tigran Sedrakyan

En la vida cotidiana, conocemos los estados comunes de la materia que aprendemos en el colegio: sólido, líquido y gaseoso. No obstante, en condiciones inusuales y extremas, pueden surgir estados de la materia fascinantes. 

Recientemente, científicos de EE.UU. y China revelaron uno de esos estados, al que llamaron «estado líquido de bose quiral». Este hallazgo podría mostrarnos una visión más profunda de la estructura y los mecanismos del universo, especialmente a nivel cuántico. Los detalles fueron publicados en Nature.

Los estados de la materia son descripciones de las interacciones entre partículas que conducen a diferentes estructuras y comportamientos. Por ejemplo, cuando los átomos están bloqueados o detenidos se forma un sólido; cuando se les permite fluir, obtenemos un líquido o un gas. 

En el mundo cuántico, sin embargo, las partículas interactúan de maneras más peculiares. Esto da lugar a comportamientos únicos que se describen mejor en términos de posibilidad y energía.

El nuevo estado 

Los científicos encontraron este nuevo estado dentro de un sistema cuántico «frustrado». Este es un sistema con restricciones integradas que impiden la interacción normal de las partículas, de ahí el término «frustración». 

Tales limitaciones pueden conducir a resultados intrigantes. En este caso, los autores se enfocaron en los electrones y utilizaron la analogía del juego de sillas musicales para explicar el fenómeno. En lugar de que cada electrón tenga una silla designada, ahora tienen múltiples opciones de dónde sentarse.  

Para crear este sistema desarrollaron un dispositivo semiconductor de dos capas: una superior abundante en electrones y otra inferior con muchos «agujeros» disponibles para que los electrones se muevan libremente. ¿Cuál era el truco? No hay suficientes huecos para todos los electrones. 

A pesar de lo difícil que es observar este tipo de sistema, el equipo utilizó un campo magnético ultrafuerte para medir cómo se movían los electrones. Así, revelaron la primera evidencia del nuevo estado líquido de bose quiral.  

En el borde de la bicapa semiconductora, los electrones y los huecos se mueven a la misma velocidad, lo que conduce a un transporte helicoidal. Este puede ser modulado aún más mediante campos magnéticos externos a medida que los canales de electrones y huecos se separan gradualmente bajo campos más intensos.

Propiedades 

El nuevo estado exhibe algunas propiedades fascinantes. Por ejemplo, a temperaturas cercanas al cero absoluto, los electrones se solidifican en un patrón predecible y giran en una dirección fija, sin verse afectados por otras partículas o campos magnéticos. Esta estabilidad podría ser útil en sistemas de almacenamiento digital a nivel cuántico.  

Además, el impacto de partículas externas en un electrón puede afectar a todos los electrones del sistema debido al entrelazamiento cuántico de largo alcance. Esto es similar a golpear una bola en un paquete de bolas de billar y todas se movieran en la misma dirección en respuesta.

Si bien se refiere a una física de alto nivel, cada hallazgo nos acerca a una comprensión integral de nuestro mundo. El equipo observó estados cuánticos de la materia muy lejos de los límites tradicionales y que son mucho más extraños que los tres estados clásicos presentes en nuestra vida cotidiana.