Identificar los constituyentes elementales de la materia, incluidos los quarks, bosones y electrones, y la forma en que estas partículas interactúan entre sí, constituye uno de los mayores desafíos de las ciencias físicas modernas. Resolver este problema pendiente no solo profundizará nuestra comprensión de los primeros días del universo, pero también arrojará luz sobre estados exóticos de la materia, como superconductores.

Además de los gases, líquidos y sólidos, la materia puede existir en otras formas cuando se somete a condiciones extremas. Tales situaciones se encontraron en el universo justo después del Big Bang, y también se pueden imitar en el laboratorio. Y aunque se descubrió una plétora de partículas elementales en colisionadores de alta energía, quedan sin respuesta preguntas complejas sobre sus interacciones y la existencia de nuevos estados de la materia.

En colaboración con el grupo experimental de Immanuel Bloch, Monika Aidelsburger y Christian Schweizer (Múnich), y los teóricos Eugene Demler y Fabian Grusdt (Harvard), Nathan Goldman y Luca Barbiero (Física de sistemas complejos y mecánica estadística, Facultad de Ciencias) han propuesto y validado un nuevo enfoque experimental mediante el cual se pueden estudiar estos ricos fenómenos.

Publicado en Física de la naturaleza , su trabajo informa sobre la realización experimental de una "teoría del calibre de celosía, "un modelo teórico propuesto inicialmente por Kenneth Wilson, Premio Nobel de Física en 1982, para describir las interacciones entre partículas elementales como quarks y gluones. Los autores demuestran que su configuración experimental, un gas ultrafrío de átomos manipulado por láseres, reproduce las características de dicho modelo. El desafío consistió en implementar interacciones bien definidas entre partículas de materia y bosones gauge, que son los mediadores de las fuerzas fundamentales. En el contexto del átomo frío, estos tipos de partículas están representados por diferentes estados atómicos, que se puede abordar de una manera muy fina utilizando láseres.

Este nuevo enfoque experimental constituye un paso importante para la simulación cuántica de teorías más sofisticadas, lo que eventualmente puede arrojar algo de luz sobre cuestiones abiertas en física de alta energía y estado sólido utilizando experimentos de sobremesa.