Un vínculo entre la mecánica cuántica y la topología implica la existencia de un estado completamente nuevo de la materia. Y lo físicos ya han encontrado el primer ejemplo.
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En 1970, un joven físico que trabajaba en la Unión Soviética, hizo una predicción bastante poco intuitiva. Vitaly Efimov, ahora en la Universidad de Washington en los Estados Unidos, demostró que los objetos cuánticos que no pueden formarse en pares, podían, no obstante, formarse en tripletes.
En 2006, un grupo de Austria encontró el primer ejemplo del conocido como estados de Efimov en un gas frío de átomos de cesio.
Esto es desconcertante. Seguramente los enlaces que mantienen unidos los tripletes son los mismos que los que unen a los pares. ¡En realidad, resulta que no! Hay una sutil pero importante diferencia que hace que estos enlaces sean completamente diferentes.
Hoy, Nils Baas de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología hace otra asombrosa predicción. Dice que los extraños y poco sofisticados enlaces que permiten que se unan los átomos de cesio en tripletes deberían permitir que se formasen también objetos mucho más complejos. De hecho, dicen que estamos al borde de descubrir una nueva forma de materia gobernada por una rama completamente nueva de la física.
Tras este extraño resultado está una rama de las matemáticas conocida como topología, el estudio del las formas. La topología trata en particular de las propiedades de las formas que se conservan cuando un objeto se comprime, estira y deforma, pero no cuando se hace pedazos.
Un útil ejemplo es considerar el famoso anillo Borromeano mostrado arriba a la izquierda. Consta de tres círculos entrelazados de tal forma que cortando uno, se liberan los otros dos.
Un punto clave aquí es que los círculos en una plano bidimensional no pueden formar un anillo Borromeano. Pero si se introduce una tercera dimensión, de pronto, todos los círculos pueden vincularse de esta forma. Por supuesto, cualquier planilandio que viva en este mundo 2D quedaría completamente desconcertado por esta propiedad.
Resulta que hay una analogía matemática forma entre el anillo Borromeano y los extraños tripletes de cesio que predijo Efimov. Las matemáticas de la mecánica cuántica y la topología resultan ser las mismas.
Pero aquí está el tema: los enlaces que surgen de la topología de la mecánica cuántica están completamente fuera de este mundo. Aunque la materia común, el material sobre el que golpeas tus nudillos, está claramente confinado en tres dimensiones, las matemáticas de la mecánica cuántica existen en distintos conjuntos de dimensiones. Y es en este espacio en el que se forman los anillos Borromeanos.
El resultado es una especie de física paralela, en la cual las leyes que gobiernan el comportamiento de este universo paralelo ejercen un agarre fantasmal e ineludible sobre nuestro propio universo.
Y no se trata sólo de los enlaces entre átomos los que se ven afectados. Los físicos están empezando a construir conductores y aislantes en los que el movimiento de los electrones se ve gobernado por la topología de la mecánica cuántica. Los conocidos como aislantes topológicos son un gran tema actual en la física de estado sólido.
Y la topología parece que va a extender su influencia, si Baas está en lo cierto. Señala que los anillos Borromeanos son el ejemplo más simple de una tabla periódica completa de estructuras topológicas. Y si es posible hacer que los estados de Efimov sean equivalentes a los anillos Borromeanos, entonces debería ser posible también crearlos.
Esta familia de materiales serán un nuevo estado de la materia que está gobernado por nuevas reglas, una especie de “física de Efimov”.
¿Cómo se comportaría este material? No está aún claro, pero Baas señala una interesante posibilidad. El profundo y extraño vínculo entre partículas en los estados de Efimov es notablemente similar al entrelazamiento cuántico.
Nadie está muy seguro de si son idénticos, pero de serlo, la física de Efimov nos proporcionará una nueva forma de pensar sobre el entrelazamiento, y cómo generarlo y aprovecharlo. Esto tendrá importantes implicaciones para la criptografía, y las ciencias de la computación e información en general.
El ganador del Premio Nobel de física, Murray Gell-Mann, afirmó en una ocasión que: “Todo lo que no está prohibido, es obligatorio”. Se refería a la forma en que interactúan las partículas en la mecánica cuántica. En otras palabras, si no hay una razón por la que las partículas no puedan interactuar de cierta forma, entonces deben interactuar de dicha manera.
Parece que vamos a poder ver cómo de profunda era esta afirmación, y qué alcance tiene.
Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1012.2698: New States of Matter Suggested By New Topological Structures
Fecha Original: 16 de diciembre de 2010
Enlace Original
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