Algunas partículas cuánticas tienen que volver al punto de partida.

Los físicos han confirmado un fenómeno teóricamente predicho llamado efecto boomerang cuántico. Un experimento revela que, después de recibir un empujón, las partículas en ciertos materiales regresan a sus puntos de partida, en promedio , informan los investigadores en un artículo aceptado en Physical Review X.

Las partículas pueden hacer un boomerang si están en un material que tiene mucho desorden. En lugar de un material prístino formado por átomos ordenados, el material debe tener muchos defectos, como átomos que faltan o están desalineados, u otros tipos de átomos esparcidos por todas partes.

En 1958, el físico Philip Anderson se dio cuenta de que, con suficiente desorden, los electrones en un material se localizan : se atascan en su lugar, sin poder viajar muy lejos de donde comenzaron. Los electrones fijados evitan que el material conduzca electricidad, convirtiendo así lo que de otro modo podría ser un metal en un aislante. Esa localización también es necesaria para el efecto boomerang.

Para imaginar el boomerang en acción, el físico David Weld de la Universidad de California, Santa Bárbara, se imagina encogiéndose y deslizándose dentro de un material desordenado. Si trata de arrojar un electrón, dice, "no solo dará la vuelta y volverá directamente a mí, sino que volverá y se detendrá". (En realidad, dice, en este sentido el electrón es “más como un perro que como un boomerang”. El boomerang seguirá pasando junto a ti si no lo atrapas, pero un perro bien entrenado se sentará a tu lado).

Weld y sus colegas demostraron este efecto utilizando átomos de litio ultrafríos como sustitutos de los electrones. En lugar de buscar átomos que regresaran a su posición original, el equipo estudió la situación análoga para el impulso, porque era relativamente sencillo de crear en el laboratorio. Los átomos inicialmente estaban estacionarios, pero después de recibir patadas de láser para darles impulso, los átomos regresaron, en promedio, a sus estados de inactividad originales, creando un boomerang de impulso.

El equipo también determinó lo que se necesita para romper el boomerang. Para funcionar, el efecto boomerang requiere simetría de inversión temporal, lo que significa que las partículas deberían comportarse de la misma manera cuando el tiempo avanza que cuando retrocede. Al cambiar el tiempo de la primera patada de los láseres para que el patrón de patada fuera descentrado, los investigadores rompieron la simetría de inversión de tiempo y el efecto boomerang desapareció, como se predijo.

“Estaba tan feliz”, dice Patrizia Vignolo, coautora del estudio. “Fue un acuerdo perfecto” con sus cálculos teóricos, dice Vignolo, físico teórico de la Université Côte d´Azur con sede en Valbonne, Francia.

Aunque Anderson hizo su descubrimiento sobre las partículas localizadas hace más de 60 años, el efecto boomerang cuántico es un recién llegado a la física. “Aparentemente, nadie pensó en eso, probablemente porque es muy contradictorio”, dice el físico Dominique Delande del CNRS y el Laboratorio Kastler Brossel en París, quien predijo el efecto con colegas en 2019 .

El extraño efecto es el resultado de la física cuántica. Las partículas cuánticas actúan como ondas , con ondas que pueden sumar y restar de formas complicadas ( SN: 5/3/19 ). Esas ondas se combinan para mejorar la trayectoria que devuelve una partícula a su origen y cancelar los caminos que se van en otras direcciones. "Este es un efecto cuántico puro", dice Delande, "por lo que no tiene equivalente en la física clásica".

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CITAS

R. Sajjad et al. Observación del efecto boomerang cuántico . Examen físico X . En prensa, 2022.

T. Prat, D. Delande y N. Cherroret. Efecto tipo boomerang cuántico de paquetes de ondas en medios aleatorios . Examen físico A . vol. 99, febrero de 2019, 023629. doi: 10.1103/PhysRevA.99.023629.

PW Anderson. Ausencia de difusión en ciertas redes aleatorias . Revisión física . vol. 109, marzo de 1958, pág. 1492. doi: 10.1103/PhysRev.109.1492.

Emily Conover