Los experimentos que utilizan luz láser y piezas de material gris del tamaño de una uña pueden ofrecer pistas sobre un rompecabezas científico fundamental: ¿Cuál es la conexión entre el mundo cotidiano de la física clásica y un mundo cuántico oculto que obedece a reglas completamente diferentes?
"Encontramos material específico que se encuentra entre los dos", dice Peter Armitage, profesor asistente de física en la Universidad Johns Hopkins que publicó su trabajo en la revista Nature. Seis científicos de Johns Hopkins y la Universidad de Rutgers han estado trabajando en materiales llamados aislantes topológicos que pueden conducir electricidad en su superficie de un átomo de espesor, pero no en el interior.
Los aisladores topológicos se predijeron en la década de 1980, se descubrieron por primera vez en 2007 y se han estudiado activamente desde entonces. Compuestos por cientos de elementos, estos materiales pueden exhibir propiedades cuánticas que generalmente solo aparecen a nivel microscópico, pero aún permanecen visibles a simple vista.
Los experimentos, sobre los que ha escrito Science, han colocado estos materiales en un estado de materia separado que "exhibe efectos macroscópicos de mecánica cuántica", dice Armitage. “Normalmente pensamos en la mecánica cuántica como una teoría de las cosas pequeñas, pero en este sistema, la mecánica cuántica se manifiesta a escalas de longitud macroscópicas. Los experimentos se hicieron posibles gracias al equipo único desarrollado en mi laboratorio ".
norte
Como parte de los experimentos, muestras de material gris oscuro hechas de elementos de bismuto y selenio, cada uno de varios milímetros de longitud y de espesor variable, fueron alcanzadas por haces de luz de terahercios que son invisibles a simple vista. Los investigadores midieron la luz reflejada a medida que viaja a través de muestras de material y encontraron huellas del estado cuántico de la materia.
Específicamente, encontraron que cuando la luz pasaba a través del material, la onda exhibía características asociadas con constantes físicas que generalmente se miden solo en experimentos a escala atómica. Estas propiedades fueron consistentes con las predicciones hechas para el estado cuántico.
Estos resultados profundizan la comprensión de los aislantes topológicos y también pueden contribuir al desarrollo de otra área, que Armitage llama "el tema central de la física moderna". ¿Cuál es la conexión entre el mundo clásico macroscópico y el mundo cuántico microscópico, del que fluye el primero?
Desde principios del siglo XX, los científicos han tratado de comprender cómo un conjunto de leyes físicas que gobiernan los objetos más grandes que un cierto tamaño puede coexistir con otro conjunto de leyes que gobiernan las escalas atómicas y subatómicas. ¿Cómo se deriva la mecánica clásica de la mecánica cuántica y dónde está el umbral que divide estas esferas?
Video promocional:
Estas preguntas quedan por responder, pero los aisladores topológicos pueden ser parte de la solución.
“Es parte del rompecabezas”, dice Armitage.
ILYA KHEL
