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La Real Academia Sueca de Ciencias reconoció a los científicos británicos David Thouless, Duncan Haldane y Michael Kosterlitz por explicar los estados de la materia a una microescala, donde las que reinan son partículas como electrones y protones.
En ese mundo diminuto, los clásicos estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso) ya no tienen cabida y más bien ocurren otro tipo de interacciones.
Precisamente, los galardonados con el Premio Nobel recurrieron a una rama de la Matemática, la topología, para describir esas interacciones.
Aunque puede parecer algo abstracto, tal como lo describió Haldane a medios de prensa, estos descubrimientos son fundamentales en la exploración de nuevos materiales para la electrónica y en el desarrollo de computadoras cuánticas.
Estados enlazados. Imagínese un kínder donde cada niño es una partícula y esos chiquitos interactúan entre ellos a través del juego: andan de la mano, se golpean o corren a la par.
Si andan de la mano, se podría decir que esos niños están en estado sólido. Si, por ejemplo, andan agarrados de un dedo, estarían en estado líquido y si caminan juntos, pero sin tocarse, estarían en estado gaseoso.
En un día muy caluroso, y aunque siguen jugando, los niños están más separados. Este sería el estado del plasma.
Pero, en un día muy frío, esos niños –aunque se encuentran separados, digamos que cada quien está en su casa– siguen jugando gracias a que están conectados telepáticamente; a eso se le conoce como estado cuántico o estado enlazado.
“A pesar de estar a grandes distancias, las partículas siguen interactuando y aún no se sabe exactamente cómo lo hacen”, explicó Max Chaves, físico de la Universidad de Costa Rica (UCR).
“En estos estados enlazados, las partículas interactúan de modos misteriosos, incluso, a los físicos se les dificulta explicar cómo ocurren, aunque saben que sí ocurren”, agregó Chaves.
Thouless, Haldane y Kosterlitz elaboraron leyes para explicar esos estados cuánticos.
Para hacerlo, los nuevos premios Nobel de Física recurrieron a la topología para predecir nuevas propiedades de la materia condensada.
Imagínese una esfera de material flexible. Presiónela por el medio usando dos dedos (su índice y pulgar) y pronto se le hará un agujero. Ahora, si tiene una dona (o toro, que es el término técnico), y sigue presionando otras partes de esa dona o toro, entonces obtendrá más agujeros, y así de forma sucesiva.
Según Chaves, esas formas –la esfera y el toro– son diferentes estructuras topológicas.
“La gran ventaja de usar la topología es que le dan estabilidad a esos procesos cuánticos que son tan difíciles de obtener porque requieren de muy bajas temperaturas y alto nivel de aislamiento.
”Como la topología solo depende de la forma, eso le da estabilidad a los estados cuánticos y permite desarrollar circuitos más estables”, agregó Chaves.
Aplicaciones. Conocer más sobre los estados enlazados permitirá construir computadoras cuánticas, las cuales serían capaces de procesar enormes volúmenes de datos en un menor tiempo.
“Los circuitos en estas computadoras estarían basados en mecánica cuántica, donde todas las partículas están ligadas por esta especie de ‘telepatía’.
”Se dice que las partículas están entrelazadas y eso permite que trabajen al unísono. Lo fantástico es que una misma partícula puede hacer muchos cálculos a la vez”, manifestó Chaves.
Por su parte, José Vega, director del Laboratorio Nacional de Nanotecnología (Lanotec) del Centro Nacional de Alta Tecnología (Cenat-Conare), dijo que “serían computadoras mucho más eficientes porque no hay resistencia a la conducción de la información, lo que las haría alcanzar supervelocidades”.
La buena noticia es que Thouless, Haldane y Kosterlitz estudiaron los “aislantes topológicos”, los cuales permiten a las partículas mantener sus propiedades aun en estados extremos.
Asimismo, estas leyes físicas premiadas con el Nobel de Física 2016 podrían tener aplicaciones futuras en materiales enfocados a la industria de alta tecnología y de la electrónica.
“Al estar la materia sometida a bajísimas temperaturas, su comportamiento es diferente y esto se podría aprovechar para cambiar su conductividad eléctrica sin pérdida de energía”, manifestó el físico Vega.
