Cuando tocas un melón para ver si está maduro, está utilizando ondas de sonido para sondear la estructura del material en el interior. Los físicos de la Universidad de Chicago estaban usando el mismo concepto para explorar cómo las ondas sonoras viajan a través de estructuras con patrones cuando notaron una rareza:estructuras completamente diferentes sonaban igual.

Esto fue algo sorprendente, algo así como tocar un melón y una piña, y descubrir que ambos hacían el mismo sonido.

"Lo que nos entusiasmó fue que no pudimos explicar nuestros hallazgos utilizando conceptos existentes, como las simetrías espaciales, "dijo Vincenzo Vitelli, profesor de física en el Instituto James Franck.

Lo que Vitelli y su grupo habían descubierto era una dualidad, una simetría "oculta" que vincula sistemas aparentemente no relacionados. Publicado en Naturaleza , su estudio podría algún día ayudar a diseñar metamateriales o incluso dispositivos microscópicos que procesen información codificada en ondas sonoras.

A través de los años, la física ha creado un marco para predecir las propiedades de un objeto en función de sus simetrías espaciales. "Mira un modelo plástico de una molécula de metano:sus átomos de hidrógeno forman un tetraedro regular. Esto te dice mucho sobre cómo vibra la molécula, "dijo Michel Fruchart, investigadora postdoctoral y primera autora del artículo. En un sentido similar, Los modelos LEGO ayudaron a los autores de este estudio a descubrir sus dualidades. (Hay una demostración en video disponible en su sitio).

¿Qué pasaría si estas dualidades pudieran explotarse para dotar a un material de propiedades que de otro modo no tendría?

En los años pasados, Ha habido una explosión de interés en un campo llamado metamateriales. Estas son estructuras artificiales diseñadas para tener características que normalmente no se esperan en la naturaleza. Por ejemplo, Se ha pensado mucho en la realización de una "capa de invisibilidad" utilizando materiales compuestos que doblan la luz entrante a su alrededor en virtud de su geometría interna.

Fruchart y Vitelli imaginaron usar este enfoque para tomar una partícula como un fonón, esencialmente una partícula de calor, y darle propiedades que generalmente no tiene.

Los electrones tienen una propiedad llamada "espín" que se utiliza como base para algunos de los últimos productos electrónicos de alta tecnología. Los fonones no tienen giro pero si los científicos pudieran dar forma a la estructura de los materiales para dar a los fonones un "giro falso, "potencialmente podrían usarlos en dispositivos fonónicos, similar a la electrónica, pero con diferentes habilidades, como el control de calor.

"Al mover los fonones, uno podría procesar la información almacenada en su pseudo-giro, ", Dijo Vitelli.

Llamaron a este concepto "espintrónica mecánica". Los científicos dijeron que esperan que las dualidades puedan resultar tan importantes en el diseño de metamateriales como lo son actualmente las simetrías.

"Nuestro enfoque también se aplica a otras olas, no solo los fonones, por ejemplo, ondas de luz y materia, "dijo Fruchart.