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Fenómeno cuántico universal encontrado en metales extraños

Los metales extraños parecen disipar energía tan rápido como lo permiten las leyes de la mecánica cuántica.


Se ha detectado un fenómeno cuántico omnipresente en una gran clase de materiales superconductores, lo que alimenta una creencia creciente entre los físicos de que un principio organizador desconocido gobierna el comportamiento colectivo de las partículas y determina cómo difunden la energía y la información. Comprender este principio organizador podría ser la clave de la "extrañeza cuántica en su nivel más profundo", dijo Subir Sachdev , un teórico de la Universidad de Harvard que no participó en los nuevos experimentos.

Los hallazgos , publicados hoy en Nature Physics por un equipo que trabaja en la Universidad de Sherbrooke en Canadá y el Laboratorio Nacional de Campos Magnéticos Intensos (LNCMI) en Francia, indican que los electrones dentro de una variedad de cristales cerámicos llamados "cupratos" parecen disipar energía. lo más rápido posible, aparentemente chocando contra un límite de velocidad cuántico fundamental. Y estudios anteriores, especialmente un artículo de 2013 en Science , encontraron que otros compuestos superconductores exóticos (rutenatos de estroncio, pnictidas, tetrametiltetratiafulvalenos y más) también queman energía a lo que parece ser una tasa máxima permitida.


Sorprendentemente, este límite de velocidad está vinculado al valor numérico de la constante de Planck, la cantidad fundamental de mecánica cuántica que representa la acción más pequeña posible que se puede tomar en la naturaleza.


"Cuando ves eso, sabes que estás tocando algo muy, muy profundo y fundamental", dijo Louis Taillefer , un físico de materia condensada en Sherbrooke, quien realizó el nuevo experimento de cuprato con su estudiante graduada Anaëlle Legros , Cyril Proust de LNCMI. , y 13 colaboradores.



Este comportamiento de combustión de energía ocurre cuando los cupratos y otros compuestos exóticos se encuentran en una fase de "metal extraño", en la que resisten el flujo de electricidad más que los metales convencionales. Pero cuando se enfrían a una temperatura crítica, estos extraños metales se transforman en conductores de electricidad perfectos y sin pérdidas. Los físicos han estado luchando durante 32 años para comprender y controlar esta poderosa forma de superconductividad, y el comportamiento de los electrones en la fase anterior de metales extraños se ve cada vez más como una parte clave de la historia.


"Es realmente un gran misterio", dijo Sachdev, líder en el campo de la física de la materia condensada .



No se sabe exactamente qué hacen los electrones, los portadores de electricidad, en metales extraños. Pero los expertos plantean la hipótesis de que pueden estar organizándose en un estado cuántico "máximamente revuelto", en el que las propiedades de cada electrón dependen de las de los demás. Este estado de máxima codificación podría permitir que los electrones se dispersen entre sí y distribuyan energía tan rápido como lo permitan las leyes de la mecánica cuántica.


Este estado revuelto es una extrañeza cuántica en extremo, dijo Sachdev. En la década de 1930, Albert Einstein se enfureció con la idea de que dos partículas se entrelazaran, con propiedades que permanecen interdependientes incluso después de que las partículas se hayan alejado mucho. "Aquí tenemos un entrelazamiento de millones de electrones que conduce a un estado completo de la materia", dijo Sachdev, "por lo que realmente estamos explorando la frontera del entrelazamiento".



Un principio organizador podría ser una forma de entrar.


"Los experimentos apuntan a una tentadora universalidad en todos los materiales, una que implicaría una idea profunda en mecánica cuántica y mecánica estadística", dijo Sean Hartnoll , físico teórico de la Universidad de Stanford. El esfuerzo por señalar esa idea profunda ha revelado conexiones sorprendentes con los agujeros negros, la gravedad y la teoría de la información cuántica.


Fuente: quantamagazine



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