En una hazaña del dominio técnico, los físicos de materia
condensada han logrado detectar un componente difícil de alcanzar de la tercera
parte de un electrón su “orbiton”. El logro podría ayudar a resolver un antiguo
misterio sobre el origen de la superconductividad de alta temperatura, y ayudar
en la construcción de ordenadores cuánticos.
Los electrones aislados no se puede dividir en componentes
más pequeños, ganándose la designación de una partícula fundamental. Pero en la
década de 1980, los físicos predijeron que los electrones en una cadena
unidimensional de átomos podría dividirse en tres cuasi-partículas: un “holón” que lleva la carga del electrón, una “spinon” llevar
a su giro (una intrínseca propiedad cuántica relacionada con el magnetismo) y
un “orbiton” que lleva su posición orbital.
"Estas cuasi-partículas pueden moverse con diferentes
velocidades e incluso en direcciones diferentes en el material", dice
Jeroen van den Brink, un físico de materia condensada en el Instituto de Física
Teórica del Estado Sólido en Dresden, Alemania. Los electrones atómicos tienen
esta capacidad, ya que se comportan como ondas cuando se encontraban confinados
dentro de un material. "Cuando es excitado, la onda se divide en múltiples
oleadas, cada uno con diferentes características del electrón, pero que no
puede existir independientemente fuera del material", explica.
En 1996, los físicos dividieron un electrón en un holón y
spinon. Ahora, van den Brink y sus colegas han roto un electrón en un orbiton y
spinon , como se informó en la revista Nature el día de hoy. El equipo creó las
cuasi-partículas por el disparo de un haz de fotones de rayos X en un solo
electrón en una muestra unidimensional de cuprato de estroncio. El haz de
electrones excitado en un orbital superior, haciendo que el haz perdiera una
fracción de su energía en el proceso, a continuación, se recuperó. El equipo
midió el número de fotones dispersos en el haz, junto con su energía e impulso,
y lo compararon con simulaciones por ordenador de las propiedades de la viga.
Los investigadores encontraron que la pérdida de energía de los fotones era de
entre aproximadamente 1,5 y 3,5 electronvoltios, el espectro de la viga
acompañado de sus predicciones para el caso en que un orbiton y spinon habían
sido creados y se mueven en direcciones opuestas a través del material.
"El próximo paso será producir el holón, spinon y el
orbiton, al mismo tiempo", dice van den Brink.
Andrew Boothroyd, un físico de la Universidad de Oxford,
Reino Unido, elogia capacidad tecnológica del equipo. "Para detectar esto,
se eligió un cambio en la energía del haz de aproximadamente una parte en un
millón, lo cual es muy difícil".
El estudio de orbitones con mayor profundidad podría ayudar
a resolver un misterio de décadas acerca de cómo algunos materiales, en
particular los pnictides hierro, son capaces de ser superconductores o permitir que la electricidad fluya sin
resistencia a altas temperaturas, añade Jan Zaanen, físico de la Universidad de
Leiden en los Países Bajos. Los físicos han sugerido que este proceso puede ser
explicado por el movimiento de orbitones. "Personalmente, soy escéptico
acerca de esta explicación, pero ahora hay una manera de probar esto al ver
cómo los orbitones moverse".
Los Orbitones también podrían ayudar en la búsqueda y
construir una computadora cuántica que puede utilizar las propiedades cuánticas
de las partículas para realizar cálculos más rápido que su contraparte clásica.
"Esto parece ser la dirección correcta al futuro de la codificación y la
manipulación de la información en ambos espinones y orbitones", dice
Boothroyd. Un obstáculo importante para la computación cuántica ha sido que los
efectos cuánticos son típicamente destruidos antes de los cálculos se pueden
realizar. "La ventaja aquí es que las transiciones orbitales son
extremadamente rápidos, teniendo sólo femtosegundos", dice. "Eso es
tan rápido que se puede crear una mejor oportunidad para hacer un ordenador
cuántico realista".
No hay comentarios:
Publicar un comentario