En ciencias físicas, ciertas cantidades aparecen como múltiplos enteros de elementos fundamentales e indivisibles. Esta cuantificación de cantidades físicas, que está en el corazón de nuestra descripción de la naturaleza, se abrió paso a través de los siglos, como lo demuestra el antiguo concepto de átomo. En tono rimbombante, el descubrimiento de cantidades cuantificadas a menudo se ha asociado con una revolución en nuestra comprensión y apreciación de la ley de la naturaleza, un ejemplo sorprendente es la cuantificación de la luz en términos de fotones, lo que llevó a nuestra descripción contemporánea (mecánica cuántica) del mundo microscópico.

Un equipo internacional liderado por el Prof. Nathan Goldman, Facultad de Ciencias, Universidad libre de Bruselas, predice una nueva forma de ley de cuantificación, lo que implica un tipo distinto de observable físico:la velocidad de calentamiento de un sistema cuántico tras una sacudida externa. Para comprender este concepto, Consideremos primero una imagen análoga más simple:cuando se coloca un cubo de hielo en un horno de microondas, este último excita las moléculas de agua, de ahí que conduzca a un derretimiento progresivo del hielo; durante este proceso de calentamiento, el número de moléculas que forman el hielo disminuye con el tiempo, un proceso que puede cuantificarse mediante una tasa de calentamiento. En el presente artículo, los autores demuestran cómo, en circunstancias específicas, tales velocidades de calentamiento deben satisfacer una ley de cuantificación elegante y precisa. Específicamente, los autores explican que este fenómeno se produce cuando un sistema físico, que inicialmente forma un estado exótico de la materia (una fase topológica), se calienta de forma controlada; al calentar, las partículas se expulsan de la fase topológica (en analogía directa con la fusión del hielo descrita anteriormente) y se muestra que la velocidad de calentamiento correspondiente satisface la ley de cuantificación antes mencionada.

Un aspecto crucial de esta nueva ley de cuantificación es que está dictada por la naturaleza topológica de la fase inicial del sistema, en analogía directa con la cuantificación de la conductancia en sólidos. Para entender esta analogía, recordamos que la conductancia, que determina la eficiencia con la que se generan las corrientes eléctricas en un material, puede cuantificarse en términos de un "cuanto de conductancia"; esta es la firma del efecto Hall cuántico, que se celebró con dos premios Nobel, en 1985 y en 1998. Sorprendentemente, Se demostró que esta cuantificación de la conductancia está profundamente relacionada con un concepto matemático fundamental:la topología. En breve, La topología tiene como objetivo clasificar los objetos geométricos según sus características más elementales, por ejemplo, su número de agujeros o devanados. Esta elegante relación entre la cuantificación física de la conductancia y el concepto abstracto de topología abrió la puerta a la exploración de una amplia familia de estados exóticos de la materia. las llamadas fases topológicas, cuyo descubrimiento fue galardonado recientemente con el Premio Nobel de Física 2016. El descubrimiento informado por el equipo internacional dirigido por el profesor Goldman ofrece una perspectiva novedosa sobre los vínculos intrigantes entre las leyes de cuantificación en la física y la topología.

Además de la elegancia de esta novedosa ley de cuantificación para las tasas de calentamiento, este descubrimiento tiene un corolario importante:calentar un sistema cuántico puede usarse como una sonda universal para estados exóticos de la materia. Los autores proponen una plataforma física particularmente adecuada para su realización experimental:un gas ultrafrío de átomos atrapados en una red óptica (un paisaje periódico creado por la luz). Se sabe que tales configuraciones constituyen una caja de herramientas ideal para la ingeniería cuántica de la materia topológica, pero también, para implementar nuevos tipos de medidas. En la práctica, el experimento propuesto consistiría en preparar una fase topológica, cargando un gas ultrafrío en una red óptica, y en la subsiguiente agitación de esta celosía de manera circular; las velocidades de calentamiento resultantes se extraerían midiendo el número de átomos que permanecían en la fase topológica después de una cierta duración de agitación.