Nada dura para siempre. Humanos, planetas, estrellas, galaxias, tal vez incluso el propio universo, todo tiene una fecha de vencimiento. Pero las cosas en el reino cuántico no siempre sigas las reglas. Los científicos han descubierto que cuasipartículas en sistemas cuánticos podría ser efectivamente inmortal.
Eso no significa que no se pudran, lo cual es tranquilizador. Pero una vez que estas cuasipartículas tener decaídos, son capaces de reorganizarse de nuevo a la existencia, posiblemente hasta el infinito.
Esto aparentemente vuela justo en frente de la segunda ley de la termodinámica, que afirma que la entropía en un sistema aislado solo puede moverse en una dirección creciente: las cosas solo pueden descomponerse, no volver a acumularse.
Por supuesto, la física cuántica puede volverse extraña con las reglas; pero incluso los científicos cuánticos no sabían que las cuasipartículas eran extrañas de esta manera particular.
"Hasta ahora, se suponía que las cuasipartículas en los sistemas cuánticos en interacción decaen después de cierto tiempo". dijo el físico Frank Pollman de la Universidad Técnica de Munich en junio de 2019.
"Ahora sabemos que sucede lo contrario: las interacciones fuertes incluso pueden detener la descomposición por completo".
Las cuasipartículas no son partículas de la forma en que normalmente las pensamos, como electrones y quarks. Más bien, son las perturbaciones o excitaciones en un sólido causadas por fuerzas eléctricas o magnéticas que, colectivamente, se comportan como partículas.
Fonones – las unidades discretas de energía vibracional que oscilan los átomos en una red cristalina, por ejemplo, a menudo se clasifican como cuasipartículas, como son polarons, electrones atrapados en una red rodeada por una nube de polarización.
Los investigadores involucrados en este reciente estudio desarrollaron métodos numéricos para calcular las complejas interacciones de estas cuasipartículas, y realizaron simulaciones en una computadora poderosa para observar cómo se descomponen.
"El resultado de la elaborada simulación: es cierto que las cuasipartículas se descomponen, sin embargo, de los escombros emergen entidades de partículas nuevas e idénticas". dijo el físico Ruben Verresen
"Si esta descomposición se produce muy rápidamente, se producirá una reacción inversa después de cierto tiempo y los escombros convergerán nuevamente. Este proceso puede repetirse sin cesar y surge una oscilación sostenida entre la descomposición y el renacimiento".
Y, señalaron los físicos, después de todo no viola la segunda ley de la termodinámica. Esto se debe a que la oscilación es una onda que se transforma en materia, que está cubierta por el concepto de mecánica cuántica. dualidad onda-partícula.
Su entropía no está disminuyendo, sino que permanece constante. Eso sigue siendo bastante extraño, pero no es extraño para la física.
De hecho, el hallazgo ha resuelto un par de otros rascadores de cabeza. Por ejemplo, hay un compuesto magnético Ba3CoSb2O9 9 utilizado en experimentos que previamente se encontró inesperadamente estable. Ahora parece que la clave podría ser las cuasipartículas magnéticas que contiene, llamadas magnones. Según la simulación, se reorganizan después de la descomposición.
Otro ejemplo potencial es el helio: se convierte en un superfluido libre de resistencia a una temperatura de cero absoluto, y esta característica peculiar podría explicarse por el hecho de que este gas está lleno de cuasipartículas llamadas rotones.
Por el momento, el trabajo es solo en el ámbito teórico, pero los investigadores creen que esta inmortalidad de cuasipartículas le otorga un gran potencial para el almacenamiento de datos de larga duración en computación cuántica sistemas.
La investigación ha sido publicada en Física de la naturaleza.
Una versión de este artículo se publicó por primera vez en junio de 2019.