Topólogo predice una nueva forma de materia

En 1970, un joven físico que trabajaba en la Unión Soviética hizo una predicción contradictoria. Vitaly Efimov, ahora en la Universidad de Washington en los EE. UU., Demostró que los objetos cuánticos que no pueden formarse en pares podrían, no obstante, formarse en tripletes.

En 2006, un grupo en Austria encontró el primer ejemplo del llamado estado Efimov en un gas frío de átomos de cesio.

Eso es desconcertante. Seguramente los lazos que mantienen unidos a los trillizos son los mismos que los que unen a los pares. ¡En realidad no! Resulta que hay una diferencia sutil pero importante que hace que estos vínculos sean completamente diferentes.

Hoy, Nils Baas de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología hace otra predicción sorprendente. Él dice que los enlaces extraños y extraterrestres que permiten que los átomos de cesio se unan en tripletes también deberían permitir que se formen objetos mucho más complejos. De hecho, dice que estamos a punto de descubrir una nueva forma de materia gobernada por una rama completamente nueva de la física.

Detrás de este extraño resultado hay una rama de las matemáticas llamada topología, el estudio de la forma. La topología se ocupa en particular de las propiedades de la forma que se conservan cuando un objeto se aprieta, estira y golpea, pero no se rompe.

Un ejemplo útil a considerar es el famoso anillo borromeo que se muestra arriba a la izquierda. Consta de tres círculos entrelazados de tal forma que al cortar uno se liberan los otros dos.

Un punto clave aquí es que los círculos en un plano bidimensional plano no pueden formar un anillo borromeo. Pero introduzca una tercera dimensión y, de repente, los círculos se pueden vincular de esta manera. Por supuesto, cualquier llanero que viva en este plano 2D estaría completamente engañado por esta propiedad.

Resulta que existe una analogía matemática formal entre el anillo borromeo y los extraños tripletes de cesio que predijo Efimov. Las matemáticas de la mecánica cuántica y de la topología resultan ser las mismas.

Pero aquí está la cuestión: los vínculos que surgen de la topología de la mecánica cuántica son completamente ajenos al mundo. Mientras que la materia ordinaria, las cosas sobre las que golpea con los nudillos, está claramente confinada a tres dimensiones, las matemáticas de la mecánica cuántica existen en un conjunto de dimensiones completamente diferente. Y es en este espacio donde se forman los anillos borromeos.

El resultado es una especie de física paralela, en la que las leyes que gobiernan el comportamiento en este universo paralelo ejercen un control fantasmal e ineludible sobre nuestro propio universo.

Y no son solo los enlaces entre los átomos los que se ven afectados. Los físicos están comenzando a construir conductores y aislantes en los que el movimiento de los electrones se rige por la topología de la mecánica cuántica. Los denominados aislantes topológicos son un gran tema en la física del estado sólido en este momento.

Y la topología está a punto de extender su influencia, si Baas se sale con la suya. Señala que los anillos de Borromeo son solo el ejemplo más simple de una tabla periódica completa de estructuras topológicas. Y si es posible hacer estados de Efimov que sean equivalentes a los anillos de Borromeo, entonces también debería ser posible hacer los otros.

Esta familia de cosas será un nuevo estado de la materia que se rige por las reglas de las noticias, una especie de física de Efimov.

¿Cómo podría comportarse esto? Eso aún no está claro, pero Baas plantea una posibilidad interesante. El vínculo profundo y ajeno al mundo entre las partículas en los estados de Efimov es notablemente similar al entrelazamiento cuántico.

Nadie está seguro de si son idénticos, pero si lo son, la física de Efimov proporcionará una nueva forma de pensar sobre el entrelazamiento y cómo generarlo y explotarlo. Eso tendrá importantes implicaciones para la criptografía, la informática y las ciencias de la información en general.

El físico ganador del premio Nobel Murray Gell-Mann dijo una vez que: Todo lo que no está prohibido es obligatorio. Se refería a la forma en que las partículas interactúan en la mecánica cuántica. En otras palabras, si no hay ninguna razón por la que las partículas no puedan interactuar de cierta manera, entonces deben interactuar de esa manera.

Parece como si estuviéramos a punto de ver cuán profunda y trascendente fue realmente esta declaración.

Ref: arxiv.org/abs/1012.2698 : Nuevos estados de la materia sugeridos por nuevas estructuras topológicas

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