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    Un nuevo ritmo en materia cuántica

    Crédito:CC0 Public Domain

    Los comportamientos oscilatorios son de naturaleza ubicua, que van desde las órbitas de los planetas hasta el movimiento periódico de un columpio. En sistemas cristalinos puros, presentando una estructura espacial-periódica perfecta, las leyes fundamentales de la física cuántica predicen un comportamiento oscilatorio notable y contrario a la intuición:cuando se somete a una fuerza eléctrica débil, los electrones en el material no sufren una deriva neta, sino que oscilan en el espacio, un fenómeno conocido como oscilaciones de Bloch. Átomos ultrafríos sumergidos en un cristal ligero, también conocidas como celosías ópticas, son uno de los muchos sistemas en los que se han observado oscilaciones de Bloch.

    En general, el movimiento de las partículas se ve afectado por la presencia de fuerzas, como los generados por campos electromagnéticos. En ciertos cristales, Los campos emergentes que recuerdan a los campos electromagnéticos también pueden existir como una propiedad intrínseca del material y pueden afectar potencialmente las oscilaciones de Bloch. Desde un punto de vista matemático, estos campos intrínsecos pueden adoptar diversas formas. De particular interés son aquellos campos representados por cantidades matemáticas que no conmutan, es decir, para el que el producto 'a x b' no es igual a 'b x a'. Estas cantidades matemáticas, y las propiedades físicas correspondientes, se denominan comúnmente "no abelianos". En naturaleza, Se requieren fuerzas no abelianas generalizadas para describir las fuerzas nucleares débiles o fuertes, mientras que el electromagnetismo es descrito de manera más simple por los abelianos (conmutadores).

    Escribiendo en Comunicaciones de la naturaleza , M. Di Liberto, N. Goldman y G. Palumbo (Facultad de Ciencias, ULB) demuestran que los campos intrínsecos no abelianos pueden generar un nuevo tipo de oscilaciones de Bloch en los cristales. Este exótico fenómeno oscilatorio se caracteriza por una multiplicación del período de oscilación, en comparación con el período fundamental establecido por la geometría del cristal. Este factor de multiplicación tiene un origen profundo, ya que proviene de las simetrías del cristal y puede atribuirse a un invariante topológico (una cantidad numérica que es robusta ante pequeñas deformaciones del cristal). Es más, Se muestra que estas exóticas oscilaciones de Bloch están perfectamente sincronizadas con un latido de los estados internos del cristal. Este trabajo arroja nueva luz sobre la materia cuántica topológica con propiedades no abelianas.


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