Prof. Dr. Karl Landsteiner, un teórico de cuerdas del Instituto de Fisica Teorica UAM / CSIC y coautor del trabajo realizó este gráfico para explicar la anomalía gravitacional. Crédito:IBM Research
La física moderna nos ha acostumbrado a nociones de realidad extrañas y contradictorias, especialmente la física cuántica, que es famosa por dejar los objetos físicos en extraños estados de superposición. Por ejemplo, El gato de Schrödinger, que se ve incapaz de decidir si está vivo o muerto. A veces, sin embargo, la mecánica cuántica es más decisiva e incluso destructiva.
Las simetrías son el santo grial de los físicos. La simetría significa que uno puede transformar un objeto de cierta manera que lo deja invariable. Por ejemplo, una bola redonda se puede girar en un ángulo arbitrario, pero siempre se ve igual. Los físicos dicen que es simétrico bajo rotaciones. Una vez que se identifica la simetría de un sistema físico, a menudo es posible predecir su dinámica.
A veces, sin embargo, las leyes de la mecánica cuántica destruyen una simetría que felizmente existiría en un mundo sin mecánica cuántica, es decir, sistemas clásicos. Incluso para los físicos esto parece tan extraño que llamaron a este fenómeno una "anomalía".
Durante la mayor parte de su historia, estas anomalías cuánticas se limitaron al mundo de la física de partículas elementales exploradas en enormes laboratorios de aceleradores como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN en Suiza. Ahora sin embargo, un nuevo tipo de materiales, los llamados semimetales de Weyl, similar al grafeno 3-D, permitirnos poner en funcionamiento la simetría que destruye la anomalía cuántica en los fenómenos cotidianos, como la creación de corriente eléctrica.
En estos materiales exóticos, los electrones se comportan efectivamente de la misma manera que las partículas elementales estudiadas en aceleradores de alta energía. Estas partículas tienen la extraña propiedad de que no pueden estar en reposo, tienen que moverse con una velocidad constante en todo momento. También tienen otra propiedad llamada giro. Es como un pequeño imán adherido a las partículas y vienen en dos especies. El giro puede apuntar en la dirección del movimiento o en la dirección opuesta.
Un equipo internacional de científicos ha verificado un efecto fundamental en un cristal que antes solo se pensaba que era observable en el universo profundo. Los experimentos han verificado una anomalía cuántica que antes había sido experimentalmente esquiva. Los resultados aparecen en la revista Nature. Crédito:Robert Strasser, Kees Scherer; collage:Michael Büker
Cuando se habla de partículas diestras y zurdas, esta propiedad se llama quiralidad. Normalmente las dos especies diferentes de partículas, idénticos excepto por su quiralidad (lateralidad), vendrían con simetrías separadas unidas a ellos y sus números se conservarían por separado. Sin embargo, una anomalía cuántica puede destruir su coexistencia pacífica y convierte una partícula zurda en una diestra o viceversa.
Apareciendo en un artículo publicado hoy en Naturaleza , un equipo internacional de físicos, científicos de materiales y teóricos de cuerdas, han observado tal material, un efecto de una anomalía cuántica muy exótica que hasta ahora se pensaba que se desencadenaba únicamente por la curvatura del espacio-tiempo, tal como la describe la teoría de la relatividad de Einstein. Pero para sorpresa del equipo, descubrieron que también existe en la Tierra en las propiedades de la física del estado sólido, en el que se basa gran parte de la industria de la computación, desde pequeños transistores hasta centros de datos en la nube.
"Por primera vez, hemos observado experimentalmente esta anomalía cuántica fundamental en la Tierra que es extremadamente importante para nuestra comprensión del universo, "dijo el Dr. Johannes Gooth, un científico de IBM Research y autor principal del artículo. "Ahora podemos construir nuevos dispositivos de estado sólido basados en esta anomalía que nunca antes se habían considerado para eludir potencialmente algunos de los problemas inherentes a los dispositivos electrónicos clásicos". como los transistores ".
Nuevos cálculos, utilizando en parte los métodos de la teoría de cuerdas, demostró que esta anomalía gravitacional también es responsable de producir una corriente si el material se calienta al mismo tiempo que se aplica un campo magnético.
"Este es un descubrimiento increíblemente emocionante. Podemos concluir claramente que la misma ruptura de simetría se puede observar en cualquier sistema físico, si ocurrió al principio del universo o si está sucediendo hoy, aquí mismo en la Tierra, "dijo el Prof. Dr. Karl Landsteiner, teórico de cuerdas del Instituto de Fisica Teorica UAM / CSIC y coautor del trabajo.
Los científicos de IBM predicen que este descubrimiento abrirá una avalancha de nuevos desarrollos en torno a los sensores, interruptores y enfriadores termoeléctricos o dispositivos de recolección de energía, para un mejor consumo de energía.