Cuando los átomos se agrupan respetando determinadas condiciones, crean “muros cuánticos” dentro de una estructura determinada. En ese sector, parecen seguir nuevas leyes de la física que van en sentido contrario a su comportamiento convencional: al unirse, las partículas actúan juntas como un colectivo y siguen las reglas de la mecánica cuántica.

Por primera vez, científicos de la Universidad de Chicago, en Estados Unidos, han podido crear con éxito un objeto cuántico llamado "muro de dominio" en entornos de laboratorio. El fenómeno ocurre cuando los átomos almacenados a temperaturas muy frías se agrupan en dominios bajo ciertas condiciones. Los "muros cuánticos" son las uniones entre estos dominios: en esos muros, los átomos se agrupan y tienen comportamientos completamente distintos a los que presentan en forma individual, incluso en oposición a las leyes de la física tradicional. 

Según explican los investigadores, normalmente, cuando los átomos individuales son empujados hacia la derecha se moverán en esa dirección. Sin embargo, si los átomos de los "muros cuánticos" son empujados hacia la derecha, se moverán hacia la izquierda. Actúan en sentido contrario cuando están en ese estado. El descubrimiento de estas estructuras podría enseñarnos más sobre cómo se comportaron los átomos al comienzo de la existencia del Universo, además de abrir el camino hacia nuevas tecnologías en áreas como la electrónica cuántica o la memoria cuántica, entre otras.

Como dunas en el desierto

Para entender más fácilmente el fenómeno, el líder de la investigación, Kai-Xuan Yao, lo explicó con una analogía en el marco de una nota de prensa. Indicó que los “muros cuánticos” se comportan como una duna de arena en el desierto: aunque está hecha de infinitos granos de arena, la duna actúa como un objeto independiente y se comporta de manera diferente a los granos de arena individuales. Lo mismo sucede con los átomos cuando se concreta este fenómeno cuántico.

En el nuevo estudio, publicado recientemente en la revista Nature, los científicos indicaron que el proceso de creación de los “muros cuánticos” forma parte de una serie de fenómenos conocidos como emergentes, en referencia a que marcan una ruptura con los comportamientos esperables por las leyes de la física tradicional y son el resultado de un acción integrada entre partes que, en forma individual, actúan distinto que el colectivo que las agrupa. 

Según los especialistas, los fenómenos emergentes pueden arrojar luz sobre un conjunto de leyes llamadas teoría de calibre dinámico o teoría de campo gauge, que describe otros procesos emergentes en los materiales, así como en el Universo primitivo. Los científicos creen que fenómenos similares fueron responsables de mantener unidas a las primeras partículas, cuando se agruparon para formar galaxias, estrellas y planetas. 

Nuevas tecnologías cuánticas

En otro sentido, en un artículo de Science Alert se señala que este descubrimiento no será útil solamente para comprender en profundidad cómo se comportaron los átomos al comienzo de la existencia del Universo: también permitirá avanzar, cuando se logre controlar con precisión a los “muros cuánticos”, en el escenario propicio para el desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas. 

Con respecto a esta posibilidad, los investigadores resaltaron que el hallazgo podría facilitar la fabricación de material cuántico programable o procesadores de información cuántica. Estas tecnologías permitirían crear una forma más sólida y eficiente de almacenar información o habilitar nuevas funciones en los materiales ya conocidos. Sin embargo, concluyeron que antes de pensar en estos nuevos avances es crucial gestionar a la perfección el fenómeno y sus consecuencias. 

Referencia

Domain-wall dynamics in Bose–Einstein condensates with synthetic gauge fields. Yao, KX., Zhang, Z. and Chin, C. Nature (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-021-04250-3