Nueva partícula explica el extraño comportamiento de los superconductores de cobre

Las nuevas partículas fundamentales no se encuentran sólo en el Fermilab y otros aceleradores de partículas. También pueden encontrarse ocultos en piezas planas de cerámica, informan los científicos de la Universidad de Illinois.

La nueva partícula recientemente formulada es un bosón con una carga de 2e, pero que no consta de dos electrones, dicen los científicos. La partícula surge de las fuertes interacciones repulsivas entre los electrones, y proporciona otra pieza para el puzzle de la superconductividad a alta temperatura.

Hace veintidós años, se descubrió la superconductividad a alta temperatura en cerámicas de óxido de cobre (cupratos).Las explicaciones existentes sobre superconductividad se han demostrado inadecuadas, debido a que al contrario que los superconductores a baja temperatura, que son metales, los materiales padre a partir de los que surgen los superconductores de alta temperatura son aislantes.

Ahora, una nueva teoría sugiere que algo se ha pasado por alto. “Oculta en los materiales de óxido de cobre hay una nueva partícula, un bosón con una carga de 2e”, dijo Philip Phillips, profesor de física en Illinois.

Sorprendentemente, este bosón no se forma a partir de excitaciones elementales – es decir, electrones e iones. En lugar de esto, la partícula surge como un remanente de las interacciones fuertes entre los electrones en estado normal.

“Las escalas de alta y baja energía están inextricablemente acopladas en los cupratos”, dijo Phillips. “Normalmente, cuando eliminas un único electrón de la mayor parte de los sistemas, se crea un estado vacío. En los cupratos, sin embargo, cuando eliminar un electrón, se crean dos estados vacíos – ambos tienen lugar a baja energía, pero paradójicamente, uno de los estados proviene de la escala de alta energía”.

Se informó de las pruebas experimentales para este fenómeno de “uno a dos” por primera vez en 1990 y se explicó fenomenológicamente por el físico de la Universidad de Groningen George A. Sawatzky (ahora en la Universidad de British Columbia) y sus colegas. Lo que faltaba era una teoría de baja energía que explicó cómo podría un estado de alta energía vivir en baja energía.

Phillips, junto al profesor de física Robert G. Leigh y el estudiante graduado Ting-Pong Choy, han construido tal teoría, y han demostrado que un bosón con carga de 2e hace posible todo esto.

“Cuando este bosón de 2e se une a un hueco, el resultado es un nuevo estado electrónico que tiene una carga de e”, dijo Phillips. “En este caso, el electrón es una combinación de este nuevo estado y el estándar, estado de baja energía. Los electrones no son tan simples como pensamos”.

El nuevo bosón en un ejemplo de un fenómeno emergente – algo que no puede verse en sus constituyentes, pero que está presente cuando los constituyentes interactúan entre sí.

Construyendo una teoría de los cupratos de baja energía, los investigadores han dado un paso adelante en el camino de desvelar los misterios de la superconductividad a alta temperatura.

“Hasta que no comprendamos cómo se comportan estos materiales en su estado normal, no podremos comprender el mecanismo que hay tras la superconductividad a alta temperatura”, dijo Phillips.

Phillips, Leigh y Choy presentaron sus pruebas matemáticas en un reciente artículo publicado en la revista Physical Review Letters. La Fundación Nacional de Ciencia proporcionó parte de los fondos para este trabajo.


Autor: James E. Kloeppel
Fecha Original: 17 de julio de 2007
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