Agujeros negros: ¿Un modelo para los superconductores?

Los agujeros negros son unos de los objetos más pesados del universo. Los electrones están entre los más ligeros. Ahora, los físicos Robert G. Leigh y Philip Phillips junto con el becario de posdoctorado Mohammad Edalati y el estudiante graduado Ka Wai Lo de la Universidad de Illinois han demostrado cómo los agujeros negros cargados pueden usarse como modelo de comportamiento de electrones que interactúan en superconductores no convencionales.

“El contexto de este problema es la superconductividad de alta temperatura”, dice Phillips. “Uno de los grandes problemas por resolver en la física, es el origen de la superconductividad (un estado de conducción con una resistencia cero) en la cerámica de óxido de cobre descubierta en 1986”. Los resultados de la investigación del grupo se publican on-line el 1 de marzo en la revista Physical Review Letters y el 25 de febrero en Physical Review D.

Agujero negro


Al contrario que los viejos superconductores, que eran todos metales, los nuevos superconductores empiezan su vida como aislantes. En el estado aislante de los materiales de óxido de cobre, hay muchos lugares para que los electrones salten pero, sin embargo, no hay flujo de corriente. Tal estado de la materia, conocido como aislante Mott por el trabajo pionero de Sir Neville Mott, surge de la fuerte repulsión entre los electrones. Aunque hay bastante acuerdo sobre esto, gran parte de la física de los aislantes Mott sigue sin resolverse, debido a que no hay una solución exacta al problema de Mott que sea aplicable directamente a los materiales de óxido de cobre.

Presentamos a la Teoría de Cuerdas – un esfuerzo teórico en evolución que busca describir las fuerzas fundamentales de la naturaleza, incluyendo la gravedad, y sus interacciones con la materia en un único sistema matemático completo.

En la Teoría de Cuerdas, algunos sistemas mecánico cuánticos de interacción fuerte pueden estudiarse reemplazándolos con la gravedad clásica en un espacio-tiempo de una dimensión superior, una relación que conjeturó por primera vez el teórico de cuerdas Juan Maldacena hace unos catorce años. La conjetura fue posible pensando en las D-branas, importantes objetos en la Teoría de Cuerdas, de dos formas distintas pero equivalentes. Las características físicas de los sistemas cuánticos, tales como temperatura, densidad de carga, etc., se convierten en propiedades de los agujeros negros en la teoría de la gravedad clásica.

Dado que la mayor parte de los fenómenos de materia condensada implican física de electrones, Leigh, junto con el estudiante graduado Juan Jottar, se propusieron investigar el tipo de interacciones que podrían tener los electrones en las teorías de la gravedad clásica que surgen en la Teoría de Cuerdas. Dado que el problema de Mott es un ejemplo de partículas de interacción fuerte, Edalati, Leigh, y Philips se preguntaron entonces: “¿Es posible idear una teoría de la gravedad que imite un aislante Mott?” Sí, es posible.

Los investigadores se basaron en el mapeado de Maldacena e idearon un modelo para electrones que se mueven en un espacio-tiempo curvado en la presencia de un agujero negro cargado que captura dos de las características más impactantes de los superconductores de alta temperatura: 1) La presencia de una barrera para el movimiento de los electrones en el estado de Mott, y 2) el extraño régimen de metal en el que la resistividad eléctrica aumenta como una función lineal de la temperatura, en oposición a la dependencia cuadrática exhibida por los metales estándar.

El tratamiento avanzado en el artículo publicado en Physical Review Letters representa la primera vez que se observa la resolución del problema de Mott en un sistema bidimensional, la dimensión relevante para los superconductores de alta temperatura. La siguiente gran pregunta que debe abordarse es cómo podría surgir la superconductividad a partir de la teoría de la gravedad de un aislante Mott.


Autor: Celia M. Elliott
Fecha Original: 3 de marzo de 2011
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Comments (5)

  1. reneco

    Es un poco confuso el artículo ya que se mezcla superconductores, agujeros negros y teoría de cuerdas, que normalmente son objetos de estudio que se analizan en forma separada y cuando se habla de Teoría de Cuerdas hay que hablar con precaución por que es una teoría no completamente aceptada ya que implica hablar de dimensiones extras, que son casi imposible de demostrar su existencia

    • ki

      Hombre, yo creo que aquí se habla de la dualidad ads/qcd y similares y cito: “algunos sistemas mecánico cuánticos de interacción fuerte pueden estudiarse reemplazándolos con la gravedad clásica en un espacio-tiempo de una dimensión superior”.

      Esto quiere decir que ambos problemas son equivalentes matemáticamente, y con una dimensión extra, ahí es donde entra la teoría MATEMÁTICA desarrollada en la teoría de cuerdas (que no la teoría de cuerdas) a ayudar a resolver los problemas.

      Puedes ver algún ejemplo buscando en mis lecturas diarias favoritas (emulenews, migui, o aquí mismo), de hecho había un ejemplo creo que en emulenews donde mostraba la reducción en las ecuaciones y era tremenda.

      Así que no, porque en el artículo digan teoría de cuerdas no hay que ponerlo en duda (que no digo que haya que ponerlo en duda por otras cosas eh).

      Un saludo

      • jurl

        Eh… a ver, no son equivalentes matemáticamente. De hecho, la aproximación que se hace es completamente distinta y basada en supuestos (o realidades axiomáticas) totalmente diferentes. Tampoco serían equivalentes físicamente, porque hasta donde yo sé, ambas teorías son incompatibles. Que se usen como una aproximación ante la imposibilidad de abordar el problema desde la MC… pero equivalentes, equivalentes… no.

        La Mecánica Estadística puede sustituir a la MC según en qué, por ejemplo. Pero es conceptualmente falsa (en tales supuestos), con premisas erróneas y sólo se usa porque simplifica las cosas un abismo y la diferencia en los resultados (*que es MUY gruesa*) no compensa el liarse la manta a la cabeza (o porque directamente no se puede en cálculo MC). Y desde luego, no son equivalentes. En ningún plano. Es una burda simplificación y una torpe aproximación (y es de cagarse la perra, en cualquier caso).

        Está bien que haya cada vez más estudios teóricos sobre los agujeros negros. Pienso que antes o después empezarán a descubrirse inconsistencias de muy serio calado.

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