Los científicos descubren un nuevo estado de la materia: Quantum Spin Liquid

Los físicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee y la Universidad de Cambridge descubrieron juntos un nuevo estado de la materia. Los hallazgos innovadores, publicados en la revista. Naturaleza, detalle las observaciones del estado de larga teorización pero siempre esquivo conocido como "líquido de giro cuántico", en el que los electrones aparentemente se rompen en pedazos más pequeños.

"Este es un nuevo estado cuántico de la materia, que se predijo pero no se ha visto antes", dijo Johannes Knolle, científico del Laboratorio Cavendish de Cambridge y uno de los coautores del periódico, en un comunicado de prensa.

Cualquier persona con conocimientos básicos de física sabe que existen tres estados principales de materia: sólidos, líquidos y gases. Las personas con un poco más de conocimiento podrían conocer los otros dos estados clásicos: los plasmas (partículas con carga libre que forman eventos de alta energía) y los coloides (los "en medio" forman dos estados a la vez, como la mantequilla).

Sin embargo, existen más de una docena de otros estados, los que solo son observables en escalas muy pequeñas o en eventos muy fenomenales. Uno de estos es el líquido de giro cuántico: un estado caótico que requiere un poco más de explicación antes de que realmente pueda entender lo que está sucediendo.

De acuerdo con la mecánica cuántica, cada partícula puede exhibir dos tipos de momento angular. El primero es el momento angular orbital, y el segundo es el giro. Una analogía cruda para estas dos acciones respectivas es un planeta que gira alrededor del sol, exhibiendo tanto una órbita como un giro axial.

Cuando un sistema ha logrado una serie de giros cuánticos interactivos, se piensa que está en un estado desordenado de la misma manera que el agua líquida se desordena en comparación con el hielo sólido. El líquido de giro cuántico tiene un comportamiento similar, pero a bajas temperaturas. En lugar de unirse en un patrón uniforme, como para reunir sustancias en un estado sólido, un trozo de materia que está en un giro de líquido cuántico continuará actuando de manera errática como una sopa caliente. De hecho, la actividad es tan extrema que las partículas realmente se deshacen. Es una escena que contradice exactamente lo que cabría esperar en ambientes fríos.

En este caso, el equipo de investigación observó partículas fraccionarias conocidas como fermiones de Majorana en un material bidimensional que es similar al grafeno. Lo que observaron fue similar a un hipotético modelo de líquido de espín cuántico conocido como el modelo Kitaev. Los resultados finalmente indican el final de una búsqueda de 40 años para este estado de la materia.

Más específicamente, las nuevas observaciones de líquido de espín cuántico arrojaron luz sobre una propiedad conocida como división de electrones, que algún día podría ayudar a construir nuevos tipos de computadoras cuánticas que operan mucho más rápido que las máquinas actuales al evitar los límites de los materiales convencionales.

Ese tipo de avance es décadas en el futuro. Sin embargo, el mero hecho de que hayamos podido observar un nuevo estado de la materia en la carne no es más que otra señal de que los humanos todavía tienen que rascar la superficie para comprender cómo funciona el mundo natural.