Físicos de Finlandia y Estados Unidos han creado y fotografiado un objeto cuántico inusual, una especie de vórtice magnético, que es similar en apariencia y propiedades a un rayo de bola ordinario, según un artículo publicado en la revista Science Advances.
“Es extremadamente sorprendente que fuéramos capaces de crear un nodo electromagnético sintético, un rayo de bola cuántica, usando solo dos flujos de corriente eléctrica dirigidos de manera opuesta. Todo esto sugiere que este tipo de rayos naturales en forma de bola también pueden ocurrir como resultado de los rayos convencionales”, dice Mikko Möttönen de la Universidad Aalto en Helsinki (Finlandia).
Los rayos de bola son bolas de plasma incandescente cargadas con electricidad. Aparecen periódicamente en la atmósfera durante las tormentas eléctricas y viven mucho más tiempo que los relámpagos ordinarios. Cómo surgen exactamente y qué procesos controlan su movimiento, los científicos aún no lo saben y han estado discutiendo sobre su naturaleza durante casi un siglo y medio.
Möttenen y sus colegas sugieren que los relámpagos en bola no solo son eléctricos, sino también de naturaleza cuántica, creando un análogo completo de este "misterio de la naturaleza", experimentando con los llamados skyrmions, objetos especiales del mundo cuántico.
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Los Skyrmions son partículas hipotéticas especiales de materia con propiedades magnéticas inusuales que las hacen parecer una especie de "erizo" o vórtice microscópico. Las puntas de las agujas de tal "erizo" o el borde de un huracán están cargadas positivamente, y el cuerpo de un "animal", o el epicentro de un huracán, está cargado negativamente.
Estos "erizos" cuánticos, según los físicos, tienen una estabilidad extremadamente alta, lo que les permite ser utilizados como células de memoria duraderas y económicas para las computadoras cuánticas y de espín del futuro, así como las computadoras convencionales de nuestro tiempo.
Los científicos aún no han descubierto ni creado skyrmions "reales", y sus análogos más cercanos son estructuras bidimensionales especiales dentro de películas delgadas hechas de materiales magnéticos o sustancias especiales, como el siliciuro de manganeso. Dichos vórtices surgen en ellos por sí mismos en condiciones especiales, por ejemplo, a temperaturas cercanas al cero absoluto.
Diagrama de un skyrmion tridimensional, cuasipartícula cuántica / Lee et al. / Science Advances 2018.
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Físicos finlandeses y estadounidenses han creado una nueva versión de estas partículas, que tiene una naturaleza tridimensional en lugar de bidimensional, utilizando otra sustancia cuántica: el llamado condensado de Bose-Einstein.
Es una forma inusual de materia en sus propiedades, similar al gas y al líquido, que se comporta como un átomo gigante y tiene propiedades "atómicas" típicas. Por lo general, los científicos lo obtienen enfriando una nube de rubidio y otros átomos de metales alcalinos a temperaturas cercanas al cero absoluto.
Como descubrieron Möttenen y sus colegas, este átomo artificial se puede convertir en un análogo tridimensional de un skyrmion colocándolo dentro de un campo magnético fuerte y cambiando la posición del giro de cada átomo real dentro de él de una manera especial. Cuando este campo se "apaga", aparece una estructura cuántica especial dentro del condensado de Bose-Einstein, que tiene la misma configuración de campos electromagnéticos trenzados en un nudo como una bola de relámpago.
Su principal propiedad inusual, como señala el físico, es que existe en tal forma durante un tiempo inusualmente largo para un objeto cuántico, varios cientos de microsegundos. Esto, según Möttenen, sugiere que los skyrmions tridimensionales pueden ser el "núcleo" de los rayos en forma de bola, que también viven inusualmente largos en comparación con las descargas de rayos ordinarios.
