A veces, el descubrimiento de una nueva física exige niveles de energía insanos. Grandes máquinas. Equipo de lujo. Incontables horas de examinar montones de datos.
Y luego, a veces, la combinación correcta de materiales puede abrir una puerta a reinos invisibles en un espacio poco más grande que una mesa.
Tome este nuevo tipo de relación con el bosón de Higgs, por ejemplo. Se encontró al acecho en un trozo a temperatura ambiente de cristales de telurio en capas. A diferencia de su famoso primo, tampoco tomó años romper partículas para detectarlo. Solo un uso inteligente de algunos láseres y un truco para destejer las propiedades cuánticas de sus fotones.
“No todos los días encuentras una nueva partícula sobre tu mesa”, dice
Burch y sus colegas vieron lo que se conoce como modo axial de Higgs, un movimiento cuántico que técnicamente califica como un nuevo tipo de partícula.
Al igual que muchos descubrimientos en física cuántica, la observación de los comportamientos cuánticos teóricos en acción nos acerca a descubrir posibles grietas en el modelo estándar e incluso nos ayuda a perfeccionar la resolución de algunos de los grandes misterios restantes.
“La detección del Higgs axial se predijo en la física de partículas de alta energía para explicar la materia oscura”. dice
“Sin embargo, nunca se ha observado. Su aparición en un sistema de materia condensada fue completamente sorprendente y presagia el descubrimiento de un nuevo estado de simetría rota que no se había predicho”.
Han pasado 10 años desde la El bosón de Higgs fue identificado formalmente en medio de la carnicería de las colisiones de partículas por parte de los investigadores del CERN. Esto no solo puso fin a la búsqueda de la partícula, sino que cerró vagamente la caja final en el Modelo Estándar: el zoológico de partículas fundamentales que componen el complemento de ladrillos y cemento de la naturaleza.
Con el descubrimiento del campo de Higgs, finalmente pudimos confirmar nuestra comprensión de cómo los componentes del modelo ganaron masa en reposo. Fue una gran victoria para la física, una que todavía usamos para comprender la mecánica interna de la materia.
Si bien cualquier partícula de Higgs existe por apenas una fracción de segundo, es una partícula en el verdadero sentido de la palabra, parpadeando brevemente en la realidad como una excitación discreta en un campo cuántico.
Hay, sin embargo, otras circunstancias en las que las partículas pueden otorgar masa. Una ruptura en el comportamiento colectivo de una oleada de electrones llamada onda de densidad de carga, por ejemplo, sería suficiente.
Esta versión del ‘monstruo de Frankenstein’ de Higgs, llamada modo higgstambién puede aparecer con rasgos que no se ven en su primo menos fragmentado, como un grado finito de momento angular (o giro).
Un modo spin-1 o Higgs axial no solo hace un trabajo similar al bosón de Higgs en circunstancias muy específicas, sino que (y cuasipartículas como esta) podría proporcionar un terreno interesante para estudiar la masa oscura de la materia oscura.
Como cuasipartícula, el modo axial de Higgs solo puede verse emergiendo de los comportamientos colectivos de una multitud. Detectarlo requiere conocer su firma en medio de un lavado de ondas cuánticas y luego tener una forma de separarlo del caos.
Al enviar haces de luz perfectamente coherentes desde dos láseres a través de dicho material y luego observar patrones reveladores en su alineación, Burch y su equipo descubrieron el eco de un modo axial de Higgs en capas de tritelururo de tierras raras.
“A diferencia de las condiciones extremas que normalmente se requieren para observar nuevas partículas, esto se hizo a temperatura ambiente en un experimento de mesa en el que logramos el control cuántico del modo simplemente cambiando la polarización de la luz”. dice Burch.
Es posible que haya muchas otras partículas similares emergiendo de la maraña de partes del cuerpo que forman materiales cuánticos exóticos. Tener un medio para vislumbrar fácilmente su sombra a la luz de un láser podría revelar toda una letanía de nueva física.
Esta investigación fue publicada en Naturaleza.