Los investigadores han descubierto cómo crear y manipular un objeto cuántico llamado «pared de dominio» que exhibe propiedades similares a las de las partículas.

Un grupo de físicos estadounidenses ha creado un objeto cuántico exótico llamado muro de dominio en una matriz de átomos a temperaturas ultrabajas.

Las paredes de dominio pueden verse como cuasipartículas, como fonones y vórtices en helio líquido, lo que significa que se comportan en muchos aspectos como partículas elementales cuando se estudian en escalas mayores que las distancias entre átomos individuales. Comprender cómo se comportan y cómo se crean podría tener implicaciones de gran alcance no solo para la física de partículas sino también para la tecnología.

El equipo de investigación de la Universidad de Chicago dirigido por el profesor Cheng Chin logró crear y observar un muro de dominio en una matriz lineal de 40.000 átomos de cesio mantenidos a temperaturas extremadamente bajas.

La matriz se dirigió con un par de rayos láser que se contrapropagaban, lo que permitió a los físicos cambiar la densidad atómica. Lo que observaron fue la formación de dominios, regiones donde las densidades atómicas son más bajas o más altas que cierto valor crítico que midieron y compararon con un valor predicho con precisión (la diferencia entre estos dos valores fue inferior al 10%). .

El límite entre estas regiones o dominios se denomina muro de dominio. Aunque microscópicamente este objeto es solo un límite ficticio entre dos grupos de átomos, macroscópicamente el sistema se comporta como una partícula real con una masa bien definida.

«Es como una duna de arena en el desierto: está hecha de arena, pero la duna se comporta como un objeto que se comporta de manera diferente a los granos de arena individuales», dijo Ph.D. El estudiante Kai-Xuan Yao, primer autor del estudio, en un comunicado.

La otra propiedad similar a una partícula que los científicos encontraron para la pared del dominio fue que exhibía algo similar a una carga eléctrica y cómo interactuaría con un campo electromagnético. Sin embargo, en el caso de la pared del dominio, el campo se reemplaza por un gradiente de densidad atómica, llamado campo sintético.

Este estudio experimental es un gran avance y muy importante ya que se predice la existencia de paredes de dominio en algunas áreas de la física de partículas elementales y la cosmología. Una mejor comprensión de estos objetos puede mejorar nuestra comprensión de la naturaleza en el nivel más básico.

Los científicos esperan que sus resultados puedan aplicarse a la computación cuántica, el almacenamiento de información y la programación de materiales cuánticos en el futuro. Pero para usar los muros de dominio de esta manera, los físicos primero deben comprender no solo cómo crearlos, sino también cómo controlarlos.

Referencia: Kai-Xuan Yao et al., Dinámica de pared de dominio en condensados ​​de Bose-Einstein con campos de calibre sintéticos, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-021-04250-3

Ilustración destacada de Kai-Xuan Yao (reproducida con permiso de la Universidad de Chicago)

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