De algo estamos seguros: nada dura para siempre. Humanos, planetas, estrellas, galaxias, tal vez incluso el Universo mismo, todo tiene una fecha de vencimiento. En el mundo macroscópico esto es un hecho irerefutable, pero en el reino cuántico, las cosas no siempre siguen las reglas más básicas.

Una reciente investigación realizada por científicos del Instituto Max Planck para la Física de Sistemas Complejos y la Universidad Técnica de Múnich (UTM), muestra que las llamadas cuasipartículas pueden decaer y reorganizarse nuevamente y, por lo tanto, son virtualmente inmortales.

Interacciones complejas

Las cuasipartículas, término acuñado por el ganador del premio Nobel Lev Davidovich Landau, son perturbaciones o excitaciones en un sólido causadas por fuerzas eléctricas o magnéticas que, colectivamente, se comportan como partículas. Las vibraciones de la red colectiva en los cristales, los llamados fonones, son un ejemplo de estas cuasipartículas.

Las interacciones cuánticas fuertes evitan que las cuasipartículas se descompongan.

Hasta ahora se ha asumido que las cuasipartículas en sistemas cuánticos interactivos decaen después de un cierto tiempo; pero los resultados de este estudio revelaron que ocurre lo contrario: las interacciones fuertes pueden incluso detener la descomposición por completo.

Para llegar a esta conclusión, los investigadores desarrollaron métodos numéricos para calcular las interacciones complejas de estas cuasipartículas, y realizaron simulaciones en una potente computadora para observar cómo se desintegran.

Al respecto, el investigador Ruben Verresen, académico en el Departamento de Física de la UTM y coautor del estudio, comentó el resultado de la elaborada simulación:

“Es cierto que las cuasipartículas se desintegran, sin embargo nuevas entidades de partículas idénticas emergen de los escombros. Si este decaimiento se produce muy rápidamente, se producirá una reacción inversa después de un cierto tiempo y los escombros volverán a converger. Este proceso puede repetirse indefinidamente y surge una oscilación sostenida entre el decaimiento y el renacimiento”.

Reorganización es la clave

Desde un punto de vista físico, esta oscilación es una onda que se transforma en materia, que, de acuerdo con el concepto mecánico cuántico de la dualidad onda-partícula, es posible. Por lo tanto, estas las cuasipartículas inmortales no transgreden la segunda ley de la termodinámica, ya que la entropía permanece constante.

Las interacciones cuánticas fuertes evitan que las quasipartículas se descompongan.

El hallazgo explica fenómenos que hasta ahora eran desconcertantes. Por ejemplo, hay un compuesto magnético (Ba3CoSb2O9) usado en experimentos, el cual se ha encontrado que es inesperadamente estable. Ahora, parece que la clave de esta inesperada estabilidad podría ser debido a las cuasipartículas magnéticas que contiene, llamadas magnones, que según la simulación, se reorganizan después de la descomposición.

Otras cuasipartículas, los rotones, aseguran que el helio, que es un gas en la superficie de la tierra, se convierta en un líquido que puede fluir sin restricciones en el cero absoluto.

Si bien por el momento, el trabajo se realizó solo en el ámbito teórico, los investigadores creen que esta “inmortalidad” observada en ciertas cuasipartícula confiere un gran potencial para el almacenamiento de datos de larga duración en los sistemas de computación cuántica.

Referencia: Avoided quasiparticle decay from strong quantum interactions. Nature Physics, 2019. https://doi.org/10.1038/s41567-019-0535-3