A medida que los científicos siguen explorando el mundo cuántico, el número conocido de fases de la materia sigue aumentando. La última incorporación a la lista es un estado líquido de Bose quirál, que los científicos acaban de observar por primera vez. Utilizando poderosos campos magnéticos y un dispositivo semiconductor bilayer llamado “máquina de frustración”, los científicos demostraron con éxito la existencia de esta fase de la materia.

Probablemente estés familiarizado con las fases de la materia comunes: sólidos, líquidos y gases. En caso de que también te desempeñes como astrónomo o físico nuclear, la sopa caliente de iones cargados positivamente conocida como plasma también está en tu radar. Pero una vez que entramos en lo subatómico, los estados se vuelven extraños.

Hay un condensado de Bose-Einstein, una colección de átomos enfriados a una temperatura justo por encima del cero absoluto, y una fase de la materia conocida simplemente como “cristales de tiempo”. Ahora, científicos de la Universidad de Massachusetts Amherst y las universidades de Nanjing y Pekín en China han descubierto una nueva forma de materia llamada “estado líquido de Bose quirál”. Los resultados de este estudio fueron publicados la semana pasada en la revista Nature.

“Encuentras estados cuánticos de la materia en estos extremos”, dijo el profesor asistente de UMass Amherst y coautor, Tigran Sedrakyan, en un comunicado de prensa, “y son mucho más salvajes que los tres estados clásicos que encontramos en nuestra vida cotidiana”.

Es en este Salvaje Oeste Cuántico donde Sedrakyan y su equipo descubrieron su nuevo estado de la materia. Las partículas típicas se comportan como bolos o bolas de billar, lo que significa que es fácil predecir su movimiento cuando son golpeadas por otra partícula. Pero en un sistema cuántico frustrado, las cosas operan según reglas diferentes y hay un número infinito de posibles interacciones entre partículas.

Los investigadores crearon una “máquina de frustración”, un dispositivo semiconductor bilayer diseñado para crear este estado de la materia. La “máquina” funciona incorporando una capa superior rica en electrones (donde los electrones se mueven libremente) y una capa inferior correspondiente con “agujeros” que los electrones pueden ocupar. Luego, estas dos capas se acercan a una distancia de un átomo una de la otra. Debido al desequilibrio intencional entre el número de electrones en la capa superior y el número de agujeros en la capa inferior, los electrones se frustran.

“Es como un juego de sillas musicales diseñado para frustrar a los electrones”, dice Sedrakyan en un comunicado de prensa. “En lugar de que cada electrón tenga una silla a la que ir, ahora deben luchar y tener muchas posibilidades de dónde ‘sentarse'”.

Esto crea un estado líquido de Bose quirál, que tiene muchas propiedades únicas. La principal de ellas es la correlación entre partículas. Cuando una partícula externa colisiona con este estado, todas las partículas reaccionan al unísono debido al entrelazamiento a larga distancia, según Interesting Engineering. Al no haber sido observado hasta ahora, los científicos tuvieron que utilizar campos magnéticos extremadamente fuertes capaces de capturar el movimiento de los electrones mientras “corren” hacia sus sillas específicas.

Entonces, ¿qué han hecho exactamente todas estas nuevas formas de materia por nosotros últimamente? Si bien una mayor exploración de este estado ayudará a revelar nuevas respuestas y más misterios sobre la mecánica cuántica (específicamente en sistemas bosónicos en estados sólidos), este nuevo estado podría proporcionar un camino para encontrar una forma más segura y confiable de codificar información digital.

Cuanto más profundizamos en esta madriguera cuántica, más grande se vuelve la colección de fases de la materia.