Investigadores descubren partículas subatómicas “impostoras”

Una de las partículas más buscadas por los físicos es la de Majorana. Pero puede resultar difícil identificar a estas. Unos científicos han descubierto partículas físicas “impostoras”, que fácilmente pueden ser confundidas con partículas de Majorana.

Entre las propiedades predichas para las partículas de Majorana, destaca su capacidad de ocultar información cuántica al codificarla de forma no local en el espacio. Esta propiedad encierra la promesa de una computación cuántica más robusta que la actual, debido a su resiliencia frente a perturbaciones externas, lo que se conoce como decoherencia cuántica. Evitar la decoherencia cuántica es vital para el avance de este tipo de tecnología. Sin embargo, en la actualidad no hay aún consenso sobre si estas partículas teóricas se han detectado en experimentos.

El hallazgo de las partículas “impostoras” lo ha hecho un equipo integrado por científicos del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2); el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España; y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA).

Las conclusiones de este trabajo conjunto, en el que se han aplicado dos técnicas diferentes de medición combinadas con un análisis teórico, ayudan a reducir en gran medida las incertidumbres de interpretación en los experimentos.

Marco Valentini del ISTA, Elsa Prada del ICMM, Sara Martí-Sánchez del ICN2, y sus colegas han conseguido aportar datos nuevos y reveladores sobre el misterio de las partículas de Majorana. Por primera vez, dos técnicas experimentales bien establecidas se aplicaron simultáneamente al mismo dispositivo superconductor.

En 1937, el físico italiano Ettore Majorana demostró que las reglas de la mecánica cuántica relativista permitían la existencia de fermiones neutros idénticos a sus propias antipartículas. Esa posibilidad contrasta en gran medida con lo que observamos en la naturaleza: el electrón y el positrón, así como otros pares partícula-antipartícula conocidos, no corresponden al mismo estado cuántico.

Ya en su artículo, Majorana postuló que el neutrino tal vez fuese uno de esos fermiones exóticos. Y aunque hace años que un gran número de experimentos en todo el mundo intentan zanjar la cuestión de si los neutrinos son idénticos a los antineutrinos, hoy por hoy la pregunta continúa abierta.

Sin embargo, en los últimos años hemos aprendido que la idea de Majorana no se restringe a la física de altas energías: puede trasladarse a la materia condensada. Para ello, basta con sustituir el concepto de «partícula elemental» por el de «cuasipartícula».

Todo sistema de materia condensada se encuentra formado por un gran número de partículas que interaccionan entre sí. Ello hace que, en la práctica, resulte imposible resolver por completo todos sus detalles microscópicos.

Por fortuna, en numerosos casos resulta posible formular un modelo que incorpora las principales características del sistema y deja de lado la información irrelevante. Dichos modelos se basan en la idea de partícula efectiva, o cuasipartícula. Estas emergen como excitaciones del estado cuántico colectivo que describe el sistema.

VTV/CC/EMPG