Estos días, Las películas y los videojuegos generan imágenes en 3D cada vez más realistas en pantallas en 2D, dando a los espectadores la ilusión de contemplar otro mundo. Para muchos físicos, aunque, mantener las cosas planas es mucho más interesante.

Una razón es que los paisajes planos pueden desbloquear nuevos patrones de movimiento en el mundo cuántico de átomos y electrones. Por ejemplo, el desprendimiento de la tercera dimensión permite que surja una clase completamente nueva de partículas:partículas que no encajan perfectamente en las dos clases, bosones y fermiones, proporcionada por la naturaleza. Estas nuevas partículas, conocido como anyons, cambian de formas novedosas cuando intercambian lugares, una hazaña que algún día podría impulsar una clase especial de computadora cuántica.

Pero los anones y las condiciones que los producen han sido extremadamente difíciles de detectar en los experimentos. En un par de artículos publicados esta semana en Cartas de revisión física , El becario de JQI Alexey Gorshkov y varios colaboradores propusieron nuevas formas de estudiar esta inusual física plana, lo que sugiere que un pequeño número de átomos restringidos podría actuar como sustitutos de los electrones quisquillosos que se predijo primero que exhibirían peculiaridades de baja dimensión.

"Estos dos artículos se suman a la creciente literatura que demuestra la promesa de los átomos fríos para estudiar la física exótica en general y cualquiera en particular, ", Dice Gorshkov." Junto con los avances recientes en experimentos con átomos fríos, incluido el grupo de Ian Spielman en JQI, este trabajo apunta a emocionantes demostraciones experimentales que podrían estar a la vuelta de la esquina ".

En el primer artículo, que fue seleccionada como una sugerencia de los editores, Gorshkov y sus colegas propusieron buscar una nueva firma experimental de anones, una que pudiera ser visible en una pequeña colección de átomos saltando en una cuadrícula 1-D. El trabajo anterior sugirió que tales sistemas podrían simular el comportamiento de intercambio de cualquier persona, pero los investigadores solo conocían formas de detectar los efectos a temperaturas extremadamente frías. En lugar de, Fangli Liu, un estudiante de posgrado en JQI, junto con Gorshkov y otros colaboradores, encontró una manera de detectar la presencia de anones sin necesidad de climas tan gélidos.

Ordinariamente, los átomos se extienden simétricamente a lo largo del tiempo en una cuadrícula 1-D, pero cualquiera generalmente favorecerá a la izquierda sobre la derecha o viceversa. Los investigadores argumentaron que los cambios sencillos en el láser utilizado para crear la cuadrícula harían que los átomos saltaran menos como ellos mismos y más como cualquier otro. Midiendo la forma en que el número de átomos en diferentes ubicaciones cambia con el tiempo, entonces sería posible detectar la asimetría esperada de cualquier persona. Es más, ajustar el láser facilitaría cambiar la dirección preferida en el experimento.

"La motivación era utilizar algo que no requiriera temperaturas extremadamente frías para sondear a los anones, "dice Liu, el autor principal del artículo. "La esperanza es que tal vez algunas ideas similares se puedan utilizar en entornos más generales, como buscar asimetrías relacionadas en dos dimensiones ".

En el segundo artículo, Gorshkov y un grupo separado de colaboradores encontraron evidencia teórica de un nuevo estado de la materia estrechamente relacionado con un líquido de Laughlin, el ejemplo prototípico de una sustancia con orden topológico. En un líquido de Laughlin, partículas, originalmente electrones, encuentran formas elaboradas de evitarse unas a otras, lo que lleva a la aparición de anyones que transportan solo una fracción de la carga eléctrica que tiene un electrón.

"Los anónimas siguen siendo construcciones teóricas, "dice Tobias Grass, investigador postdoctoral en JQI y autor principal del segundo artículo, "y los experimentos aún tienen que demostrarlos de manera concluyente".

Aunque se han observado cargas fraccionarias en experimentos con electrones, muchas de sus otras propiedades predichas han permanecido inconmensurables. Esto hace que sea difícil buscar otros comportamientos interesantes o estudiar los líquidos de Laughlin más de cerca. Césped, Gorshkov y sus colegas sugirieron una forma de manipular las interacciones entre un puñado de átomos y descubrieron un nuevo estado de la materia que mezcla características del líquido de Laughlin y una fase cristalina menos exótica.

Los átomos en este nuevo estado se evitan unos a otros de manera similar a como los electrones en un líquido de Laughlin, y también caen en un patrón regular como en un cristal, aunque de una manera extraña, con sólo la mitad de un átomo ocupando cada sitio cristalino. Es una mezcla única de simetría cristalina y un orden topológico más complejo, una combinación que ha recibido pocos estudios previos.

"La idea de que tienes un sistema bosónico o fermiónico, y luego de las interacciones surge una física completamente diferente, eso solo es posible en dimensiones inferiores, Grass dice:"Tener una demostración experimental de cualquiera de estas fases es interesante desde una perspectiva fundamental".