En física, las cuasipartículas se utilizan para describir procesos complejos en sólidos. En gases cuánticos ultrafríos, estas cuasipartículas se pueden reproducir y estudiar. Ahora, por primera vez, los científicos austriacos dirigidos por Rudolf Grimm han podido observar mediante experimentos cómo los polarones de Fermi, un tipo especial de cuasipartícula, pueden interactuar entre sí. Sus hallazgos fueron publicados en la revista N.Física de la naturaleza.
Un electrón que se mueve a través de un cuerpo sólido genera polarización en su entorno debido a su carga eléctrica. En sus consideraciones teóricas, el físico ruso Lev Landau amplió la descripción de estas partículas a través de su interacción con el medio ambiente y habló de: Cuasipartículas.
Hace más de diez años, un equipo dirigido por Rudolf Grimm en el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQQOI) de la Academia Austriaca de Ciencias (ÖAW) y el Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck logró generar tales atractivos y Interacciones repulsivas de cuasipartículas con el medio ambiente.
Para ello, los científicos utilizaron un gas cuántico ultrafrío compuesto de átomos de litio y potasio en una cámara de vacío. Con la ayuda de campos magnéticos, controlan las interacciones entre moléculas y, mediante pulsos de radiofrecuencia, empujan a los átomos de potasio a un estado en el que atraen o repelen los átomos de litio que los rodean. De esta forma, los investigadores simulan un estado complejo similar al que produce un electrón libre en estado sólido.
Una mirada más cercana a los sólidos
Ahora, los científicos dirigidos por Rudolf Grimm han podido generar muchas cuasipartículas simultáneamente en un gas cuántico y observar sus interacciones entre sí. “En una idea ingenua, se podría suponer que los polos siempre se atraen entre sí, independientemente de si su interacción con el entorno es atractiva o repulsiva”, afirma el físico experimental. «Sin embargo, no es así. Vemos una interacción atractiva en los polos bosónicos y una interacción repulsiva en los polos fermiónicos. En este caso, la estadística cuántica juega un papel crucial».
Los investigadores han podido demostrar por primera vez en un experimento este comportamiento, que en principio ya es una consecuencia de la teoría de Landau. Colegas de México, España y Dinamarca han realizado cálculos teóricos al respecto. «Para implementar esto en el laboratorio se necesitaban altas habilidades experimentales, porque incluso las desviaciones más pequeñas pueden distorsionar las mediciones», explica Cosetta Baroni, primera autora del estudio.
«Este tipo de investigaciones nos permiten conocer los mecanismos fundamentales de la naturaleza y nos brindan excelentes oportunidades para estudiarlos en detalle», afirma entusiasmado Rudolf Grimm.
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