Los físicos han descubierto un nuevo estado exótico de la materia que toma la forma de un cristal altamente ordenado de partículas subatómicas. El nuevo estado de la materia, llamado «aislante correlacionado bosónico», podría conducir al descubrimiento de muchos tipos nuevos de materiales exóticos hechos de materia condensada, según los investigadores, quienes detallaron sus resultados en un estudio publicado el 11 de mayo en la revista. Ciencia.
Las partículas subatómicas se pueden separar en dos categorías: fermiones y bosones. Las principales diferencias entre los dos son cómo giran y cómo interactúan entre sí.
Los fermiones, como los electrones y los protones, a menudo se consideran los componentes básicos de la materia porque forman átomos y se caracterizan por su espín medio entero. Dos fermiones idénticos no pueden ocupar el mismo espacio al mismo tiempo.
Los bosones, por otro lado, transportan fuerza, como fotones o paquetes de luz, y se cree que son el pegamento del universo, uniendo los fuerzas fundamentales de la naturaleza. Estas partículas tienen giros enteros y varios bosones pueden estar en el mismo lugar al mismo tiempo.
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«Los bosones pueden ocupar el mismo nivel de energía; a los fermiones no les gusta permanecer juntos», autor principal del estudio Chen Hao Jinun físico de materia condensada de la Universidad de California, Santa Bárbara, dijo en un declaración. «Juntos, estos comportamientos construyen el universo tal como lo conocemos».
Pero hay un caso en el que dos fermiones pueden convertirse en un bosón: si un electrón cargado negativamente se fija a un «agujero» cargado positivamente en un fermión diferente, forma una partícula bosónica conocida como «excitón».
Para ver cómo los excitones interactúan entre sí, los investigadores colocaron una red de disulfuro de tungsteno sobre una red similar de diseleniuro de tungsteno en un patrón superpuesto llamado muaré. Luego, hicieron brillar un fuerte haz de luz a través de las redes, un método conocido como «espectroscopia de sonda de bombeo». Estas condiciones empujaron a los excitones hasta que estuvieron tan densamente empaquetados que ya no podían moverse, creando un nuevo estado cristalino simétrico con una carga neutra: un aislante correlacionado bosónico.
«Convencionalmente, la gente ha dedicado la mayor parte de sus esfuerzos a comprender qué sucede cuando se juntan muchos fermiones», dijo Jin. «El objetivo principal de nuestro trabajo es que básicamente creamos un nuevo material a partir de bosones que interactúan».
Los investigadores dijeron que esta es la primera vez que este nuevo estado de la materia se crea en un sistema de materia «real», a diferencia de los sistemas sintéticos, lo que proporciona una nueva visión del comportamiento de los bosones. Además, los métodos que utilizó el equipo para descubrir este nuevo estado de la materia podrían ayudar a los científicos a crear nuevos tipos adicionales de materiales bosónicos.
«Sabemos que algunos materiales tienen propiedades muy extrañas», dijo Jin. «Y uno de los objetivos de la física de la materia condensada es comprender por qué tienen estas ricas propiedades y encontrar formas de hacer que estos comportamientos se manifiesten de manera más confiable».
