No tan elemental, mi querido electrón

Artículo publicado por Zeeya Merali el 18 de abril de 2012 en Nature News

La partícula fundamental se “divide” en cuasipartículas, incluyendo el nuevo “orbitón”.

En una hazaña de maestría técnica, los físicos de materia condensada han logrado detectar el esquivo tercer constituyente de un electrón – el “orbitón”. El logro podría ayudar a resolver un antiguo misterio sobre el origen de la superconductividad de alta temperatura, y ser de ayuda para la construcción de computadores cuánticos.

Los electrones aislados no pueden dividirse en componentes mayores, dándoles la designación de partícula fundamental. Pero en la década de 1980, los físicos predijeron que los electrones de una cadena unidimensional de átomos podrían dividirse en tres cuasipartículas: un “holón” que porta la carga del electrón, un “espinón” porta su espín (una propiedad cuántica intrínseca relacionada con el magnetismo) y un “orbitón” que porta su posición1.

Electrón danzante © by Owl Dreams


“Estas cuasipartículas pueden moverse a distintas velocidades e incluso en distintas direcciones dentro del material”, dice Jeroen van den Brink, físico de materia condensada en el Instituto de Física Teórica del Estado Sólido en Dresden, Alemania. Los electrones atómicos tienen esta capacidad debido a que se comportan como ondas cuando están confinadas en un material. “Cuando se excita, esta onda se divide en múltiples ondas, cada una portando distintas características del electrón; pero no pueden existir de forma independiente fuera del material”, explica.

En 1996, los físicos dividen un electrón en un holón y un espinón2. Ahora, van den Brink y sus colegas han dividido un electrón en un orbitón y un espinón, tal y como se informa hoy en Nature3. El equipo creó las cuasipartículas disparando un haz de fotones de rayos-X hacia un electrón aislado en una muestra unidimensional de cuprato de estroncio. El haz excitó al electrón hacia un orbital superior, provocando que el haz perdiese una fracción de su energía en el proceso, y luego rebotase. El equipo midió el número de fotones dispersados en el haz reflejado, junto con su energía y momento, y lo comparó con sus simulaciones por ordenador de las propiedades del haz. Los investigadores encontraron que cuando la pérdida de energía de los fotones estaba entre 1,5 y 3,5 electronvolts, el espectro del haz encajaba con las predicciones para el caso de creación de un orbitón y un espinón y se movían en sentidos opuestos a través del material.

“El siguiente paso será producir el holón, el espinón y el orbitón al mismo tiempo”, dice van den Brink.

Andrew Boothroyd, físico de la Universidad de Oxford, en el Reino Unido, elogia el progreso tecnológico del equipo. “Para detectar esto, captaron un desplazamiento en la energía del haz de aproximadamente una parte en un millón, lo que es muy difícil”, dice.

Estudiar los orbitones en más profundidad podría ayudar a resolver un misterio de hace décadas sobre cómo los materiales, en particular los pníctidos de hierro, tienen capacidad superconductora — permiten el flujo de la electricidad sin resistencia — a altas temperaturas, añade Jan Zaanen, físico de materia condensada en la Universidad de Leiden en los Países Bajos. Los físicos han sugerido que este proceso podría explicarse mediante el movimiento de los orbitones4. “Personalmente, soy escéptico sobre esta explicación, pero ahora hay una forma de ponerla a prueba observando cómo se mueven los orbitones”, comenta Zaanen.

Los orbitones podrían también ayudar en el desafío de construir un computador cuántico – que usaría las propiedades cuánticas de las partículas para realizar cálculos de forma más rápida que su homólogo clásico. “Esta parece ser la dirección hacia la que esto irá en el futuro – codificar y manipular la información en espinones y orbitones”, dice Boothroyd. Un gran obstáculo para la computación cuántica ha sido que los efectos cuánticos normalmente se destruyen antes de que puedan realizarse los cálculos. “La ventaja que tenemos aquí es que las transiciones orbitales son extremadamente rápidas, necesitando apenas unos femtosegundos”, apunta. “Esto es tan rápido que puede dar una mejor opción para crear un computador cuántico real”.


Artículos de referencia:
Nature doi:10.1038/nature.2012.10471
1.- Kugel, K. I. & Khomskii, D. I. Sov. Phys. Usp. 25, 231–256 (1982).
2.- Kim, C. et alPhys. Rev. Lett. 77, 4054–4057 (1996).
3.- Schlappa, J. et alNature advance online publication http://dx.doi.org/10.1038/nature10974 (2012).
4.- Shimojima, T. et alScience 332, 564–567 (2011).

Autor: Zeeya Merali
Fecha Original: 18 de abril de 2012
Enlace Original

Comparte:
  • Print
  • Digg
  • StumbleUpon
  • del.icio.us
  • Facebook
  • Twitter
  • Google Bookmarks
  • Bitacoras.com
  • Identi.ca
  • LinkedIn
  • Meneame
  • Netvibes
  • Orkut
  • PDF
  • Reddit
  • Tumblr
  • Wikio
This page is wiki editable click here to edit this page.

Like This Post? Share It

Comments (11)

  1. [...] "CRITEO-300×250", 300, 250); 1 meneos No tan elemental, mi querido electrón http://www.cienciakanija.com/2012/04/20/no-tan-elemental-mi-quer…  por lotto hace [...]

  2. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: Artículo publicado por Zeeya Merali el 18 de abril de 2012 en Nature News La partícula fundamental se “divide” en cuasipartículas, incluyendo el nuevo “orbitón”. En una hazaña de maestría técnica, los físicos ……

  3. Dr. Tomonaga-Luttinger

    Faltaría por aclarar que una cuasipartícula no es “real”, sino una descripción de propiedades emergentes de sistemas físicos, que parecen comportarse “como si” realmente estuvieran hechos de esas cuasipartículas, pero tales cuasipartículas no tienen existencia física, son un artificio teórico.

    A mayores, no son exactamente los electrones (o eso tengo entendido), sino los electrones *en sus orbitales metálicos* (confinados), es decir, una nube de ellos, y para mejor cocina y hogar, a temperaturas próximas al cero absoluto xD.

    • Hector04

      Pensaba algo similar, pero me doy cuenta que no es tan así, una porque lo que llamamos existencia real es la que medimos pero la cuantica demuestra que el hecho de medir colapsa algo que hay mas allá de lo medible y dos porque los bosones, (fermiones en este caso) y todas esas particulas son en realidad no particulas sino fluctuaciones de su campo con ciertas propiedades, a este cuento vienen las cuasiparticulas que son también fluctuaciones de campo por lo que no cabe denostar su existencia solo por el prefijo “casi”, simplemente no hay análogo clásico que sea intuitivo, no se entiende te acostumbras.

      • Dr. Tomonaga-Luttinger

        La propia MC introduce esto como artefacto, como una construcción y no como una propiedad intrínseca. Segundo, el electrón existe siempre, con independencia de lo confuso que pueda llegar a ser, es algo real que no desaparece, estas cuasipartículas sólo en estados preparados al efecto, por tanto son particulares, no universales como mínimo. Si tienes algo que describe un sistema pero no responde a una existencia real detrás, sino que es un arbitrio de conveniencia (como la temperatura, pero el flujo de energía sí es real), no veo absolutamente ninguna ventaja a definirlo como “real” o crear una categorización de “realidades” que en nada ayuda (o eso creo). Esta descripción se desmorona tan pronto ese estado desaparece, o cambia, y los electrones siguen estando ahí incluso independientemente de la observación y el colapso.

        Yo no sé si querrán patontar los electrones (que sería una pasta, sin duda, esto se les pasó por alto), pero vamos, ponerse tan místico tampoco es muy práctico. Además, es que separar esa línea, que está más confusa que nunca, entre lo que nuestra mente interpreta y lo que la realidad nos presenta, nos lleva a escenarios de tipo paranoico que sólo traen confusión, y esa no es la función evolutiva de la paranoia xD.

        Vamos, se puede decir *hasta cierto punto* que sí, que es real (ya digo, como la temperatura), en realidad: cuasirreal. Hasta cierto punto. Pero en el sentido de que “es tan real como los electrones”, pues yo diría que no. No es un fenómeno cuántico universal de lo que estamos hablando, sino de una descripción bastante arbitraria, y se podrían crear otras descripciones similares igual de arbitrarias e igual de funcionales. La realidad es confusa y elástica, pero no hasta ese punto. Pienso.

        Un determinado enlace puedes describirlo, en MC, como orbitales de valencia o directamente como un enlace iónico con la nube expandida deslocalizada al punto de penetrar de nuevo al átomo que “cedió” el electrón. No es que una visión sea más real que la otra, ni que un modelo sea más falso que otro: la descripción MC existe y es simplemente inmanejable, no podemos con ella, en cambio, las dos aproximaciones clásicas corregidas (covalente o iónica) dan resultados aceptables. Decir que son reales o son ficticias no tiene sentido, lo que es real como dices tú es el electrón deslocalizado y los campos asociados, perdernos en construcciones formales no tiene sentido. Y sí, el electrón es real, el enlace también es real (vaya si lo es), pero las descripciones que hablan de “orbitales”, “redes”, etc… ahí la cosa ya es mucho más difusa. Digamos que eso ya es más nuestra interpretación de la realidad, y como no soy solipsista, no puedo estar de acuerdo con tu punto de vista.

        • hector04

          El hecho de que a la realidad se la tache de objetiva o subjetiva no implica que se comporte de tal manera, por eso se dice que las teorias tienen validez en cierto rango y no en todos los rangos. Ejemplo, estamos casi todos muy de acuerdo que la realidad a gran escala es objetiva debido principalmente a las simetrías de norther, entre ellas la mas palpable tal vez es la invarianza de lorentz, con infinitos observadores, luego en MC hay matices primero porque no se conservan todas las invarianzas y simetrías y hasta son permitidas en ciertos rangos, al respecto las propiedades principales de la MC indican Objetividad en la medida no objetividad en el suceso por decirlo de alguna manera, luego, a partir de un punto antes de lo que muchos llaman el colapso no hay manera repito no hay manera de saber si lo que ocurre es objetivo o no, luego sería falacia aplica la lógica solipsista o no solipsista, un ejemplo de esto y que tiene que ver con los electrones es su comportamiento en un dieléctrico, la energía de Fermi de los electrones no corresponde a la energía de un electron real, ¿luego el electron sigue allí? la respuesta nuevamente no es ni objetiva ni subjetiva, la pregunta es la errónea. Para masticar: Si la MC fuera objetiva La Realidad sería Determinista

    • joaquin

      querido amigo el foton es una cuasiparticula que funciona commo onda y particula y a su vez compuesto por cuantos de energia desde los rayos x hasta la radiaccion ultravioleta. Con esto se intiende que hay fotones de rayos x y fotones ultravioletas, por eso los fotones no son particulas solidas sino cuasiparticulas formadas por cuantos de energia.

  4. [...] les recomiendo los excelentes y completos artículos al respecto de Francis, Cuentos Cuánticos y Ciencia Kanija. Share [...]

  5. [...] Materiales, Tecnologí­a. Puedes seguir cualquier respuesta a esta entrada a través del feed RSS 2.0. Puedes dejar una respuesta, o trackback desde tu propio sitio web. [...]

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *