Información

Explore el comportamiento exótico de los materiales a través de dos experimentos recientes

Explore el comportamiento exótico de los materiales a través de dos experimentos recientes

Los electrones de un átomo o una molécula pueden darnos mucha información sobre ese elemento o material. Por ejemplo, los átomos que componen la sal de mesa (cloruro de sodio) forman cristales cúbicos debido a la forma en que los dos elementos comparten electrones.

RELACIONADO: LOS CIENTÍFICOS RESUELVEN EL MISTERIO DE 80 AÑOS SOBRE LOS MATERIALES FERROELÉCTRICOS

Propiedades exóticas de un material

Posiblemente la propiedad más buscada de un material sea superconductividad. Aquí es donde la sustancia tiene cero resistencia eléctrica cuando se enfría por debajo de una cierta temperatura crítica.

La superconductividad fue descubierta por primera vez en mercurio por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes en 1911.

En general, la resistencia eléctrica de un conductor metálico disminuye a medida que se baja la temperatura, pero incluso cerca del cero absoluto (cero kelvin, menos459,67 grados Fahrenheit,menos273.15 grados Celsius), hay cierta resistencia. En un superconductor, la resistencia cae abruptamente a cero cuando el material se enfría por debajo de su temperatura crítica.

En teoría, una corriente eléctrica a través de un bucle de cable superconductor que se enfría a su temperatura crítica puede persistir indefinidamente sin una fuente de energía.

Dos experimentos, mismo comportamiento

En 2018, dos grupos de investigación independientes examinaron el comportamiento de los electrones en un cristal mediante el diseño bidimensional antiferromagnetos. Estos son materiales donde los momentos magnéticos de sus átomos o moléculas, generalmente relacionados con los espines de sus electrones, se alinean a bajas temperaturas en un patrón regular, con espines vecinos en diferentes subredes que apuntan en direcciones opuestas, de modo que casi no exhiben brotes externos magnetismo.

Los científicos encontraron que los electrones colectivamente imitó las fluctuaciones del campo magnético del bosón de Higgs. El bosón de Higgs es una partícula elemental (en el Modelo Estándar de partículas) que es producida por la excitación cuántica del campo de Higgs. En un libro de 1993, el ex director del Fermilab, Leon Lederman, llamó al Higgs teórico, "la partícula de Dios".

El campo y la partícula llevan el nombre del físico británico Peter Higgs, quien en 1964 propuso el mecanismo para explicar por qué algunas partículas tienen masa. La existencia del bosón de Higgs fue confirmada en 2012 por las colaboraciones de ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN.

En el video a continuación, que es el anuncio del descubrimiento del bosón de Higgs, se puede ver al profesor Higgs frotándose los ojos después de esperar 48 años para la confirmación de su teoría.

El 10 de diciembre de 2013, Peter Higgs, junto con François Englert, recibieron el Premio Nobel de Física por sus predicciones teóricas del bosón de Higgs.

Para inducir a los electrones a comportarse como bosones de Higgs, los investigadores bombardearon el material con neutrones. Los campos magnéticos de los electrones comenzaron a fluctuar de una manera que matemáticamente se asemejaba al bosón de Higgs.

Un grupo de investigación fue dirigido por David Alan Tennant y Tao Hong en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge. El otro grupo estaba dirigido por Bernhard Keimer en el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido.

El grupo de Keimer descubrió que el comportamiento de su material era similar al comportamiento del bosón de Higgs dentro de un acelerador de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones. Allí, el bosón de Higgs se descompone rápidamente en otras partículas, como fotones.

Dentro del antiferromagnet de Keimer, los electrones se comportaron como partículas llamadas bosones de Goldstone. El material creado por el grupo de Tennant produjo un modo de Higgs que no decae.

Una transición de fase cuántica

El objetivo de ambos grupos es observar una transición de fase cuántica, donde las propiedades de un material pueden cambiar drásticamente. A diferencia de una transición de fase estándar, como el cambio de agua de líquido a sólido, una transición de fase cuántica ocurre cuando un parámetro físico, como el campo magnético o la presión, varía a la temperatura del cero absoluto.

El grupo de Keimer espera observar una transición de fase cuántica y otras propiedades extrañas de la materia que están asociadas con el modo de Higgs. En declaraciones a la revista Quanta, Tennant dijo: "Nuestros cerebros no tienen una intuición natural para los sistemas cuánticos. Explorar la naturaleza está lleno de sorpresas porque está lleno de cosas que nunca imaginamos".


Ver el vídeo: 23 EXPERIMENTOS FÁCILES QUE PUEDES HACER AHORA MISMO (Diciembre 2021).