Escribiendo en Naturaleza , Los investigadores describen la primera observación de "criticidad autoorganizada" en un experimento de laboratorio controlado. Existen sistemas complejos en matemáticas y física, pero también ocurren en la naturaleza y la sociedad. El concepto de criticidad autoorganizada afirma que sin aportes externos, los sistemas complejos en desequilibrio tienden a convertirse en un estado crítico lejos de un equilibrio estable. De esa manera, refuerzan su propio desequilibrio.

Sistemas que a primera vista son bastante diferentes, como la difusión de información en redes sociales o la propagación de incendios o enfermedades, puede tener características similares. Un ejemplo es un comportamiento similar a una avalancha que se refuerza a sí mismo en lugar de detenerse. Sin embargo, estos sistemas complejos son muy difíciles de estudiar en condiciones de laboratorio controladas.

Por primera vez, investigadores del Centro Europeo de Ciencias Cuánticas (CESQ) en Estrasburgo, en colaboración con investigadores de las universidades de Colonia y Heidelberg y el Instituto de Tecnología de California, han logrado observar las características más importantes de la criticidad autoorganizada en un experimento controlado, incluido el comportamiento de avalancha universal.

El equipo trabajó con un gas que consta de átomos de potasio, que prepararon a muy bajas temperaturas, cerca del cero absoluto. "En este estado, el gas es más fácil de controlar, lo que lo hace más adecuado para estudiar las propiedades cuánticas fundamentales de los átomos, ", dijo el profesor Shannon Whitlock en el Instituto de Ciencia y Tecnología Supramolecular de la Universidad de Estrasburgo.

Estimulando átomos de gas con láseres, el equipo pudo influir en las interacciones entre estos átomos. "Cuando se estimula, los átomos pueden generar nuevos estímulos secundarios o descargarse espontáneamente, "explicó Tobias Wintermantel, investigador de doctorado en el equipo de Whitlock.

Cuando se encendió el láser, muchos átomos escaparon inicialmente muy rápidamente. Su número restante en el gas se estabilizó en el mismo valor. También, el número de partículas restantes dependía de la intensidad del láser. "Al comparar los resultados de nuestro laboratorio con un modelo teórico, vimos que estos dos efectos tienen el mismo origen, ", dijo el físico teórico profesor Sebastian Diehl de la Universidad de Colonia. Este fue un primer indicio del fenómeno de la criticidad autoorganizada.

"Los experimentos mostraron que algunos sistemas se desarrollan por sí mismos hasta su punto crítico de transición de fase, ", Agregó Diehl. Esto es sorprendente:en una transición de fase típica, como agua hirviendo pasando de líquido a gas, solo hay un punto crítico. En agua hirviendo, La criticidad autoorganizada significaría que el sistema permanecería automáticamente en un estado de suspensión entre líquido y gas en el punto crítico de transición, incluso si se cambiara la temperatura. Hasta aquí, este concepto nunca ha sido verificado y probado en un sistema físico tan altamente controlable.

Después del experimento, el equipo regresó al laboratorio para confirmar otra característica sorprendente de la criticidad autoorganizada:un comportamiento autosostenido de la desintegración atómica, similar a la de las avalanchas que se reponen continuamente. Características similares ya se han observado cualitativamente en el pasado en otros casos, como terremotos o erupciones solares. "Por primera vez, observamos los elementos clave de la criticidad autoorganizada cuantitativamente en el laboratorio. Pudimos establecer un sistema experimental atómico altamente controlable, "dijo Shannon Whitlock.

En pasos posteriores, los científicos ahora quieren investigar cómo la naturaleza cuántica de los átomos influye en el mecanismo de autoorganización. "A largo plazo, esto podría contribuir a crear nuevas tecnologías cuánticas o resolver algunos problemas de computación que son difíciles para las computadoras normales, "Concluyó Diehl.

El fenómeno de la criticidad autoorganizada fue desarrollado por primera vez para las avalanchas en 1987 por los físicos Per Bak, Chao Tang y Kurt Wiesenfeld. Más modelos de otros investigadores para la evolución, Siguieron incendios forestales y terremotos. Hasta aquí, no se han identificado condiciones generales que desencadenen la criticidad autoorganizada.