MADRID, 20 Ene. (EUROPA PRESS) -
Las primeras observaciones experimentales de nudos en la materia cuántica han sido anunciadas en Nature Physics por científicos de la Universidad Aalto (Finlandia) y el Amherst College (EE.UU.)
En concreto, han creado ondas solitarias anudadas, o solitones nudo, en el campo de la mecánica cuántica que describe un gas de átomos superfluidos, también conocido como un condensado de Bose-Einstein.
En contraste con las cuerdas anudadas, estos nudos cuánticos existen en un campo que asume una cierta dirección en cada punto del espacio. El campo se segrega en un número infinito de anillos unidos, cada uno con su propia dirección del campo. La estructura resultante es topológicamente estable, ya que no puede ser separada sin romper los anillos. En otras palabras, no se puede desatar el nudo dentro del superfluido a menos que uno destruya el estado de la materia cuántica.
"Para hacer este descubrimiento, expusimos un condensado de rubidio a cambios rápidos de un campo magnético adaptado específicamente, atando el nudo en menos de una milésima de segundo. Después de aprender cómo atar el primer nudo cuántico, hemos llegado a ser buenos en la tarea. Hasta el momento, hemos atado varios cientos de estos nudos", dice el profesor David Hall, del Amherst College.
Los científicos ataron el nudo apretando la estructura en el condensado de sus alrededores. Esto requiere inicializar el campo cuántico para apuntar en una dirección particular, después de lo cual cambiaron el campo magnético aplicado para interponer un punto nulo aislado, en el que el campo magnético se desvanece en el centro de la nube. Luego simplemente esperaron menos de una milésima de segundo para que el campo magnético hiciera su 'magia' y atase el nudo.
"Durante décadas, los físicos han teorizado que debería ser posible tener nudos en campos cuánticos, pero nadie más ha sido capaz de hacer uno. Ahora que hemos visto estas bestias exóticas, estamos muy contentos de estudiar sus propiedades peculiares. Es importante destacar que nuestro descubrimiento se conecta a un conjunto diverso de campos de investigación que incluye la cosmología, la energía de fusión, y los ordenadores cuánticos ", dice el líder del grupo de investigación Mikko Möttönen, de la Universidad Aalto.
Los nudos se han utilizado y apreciado por las civilizaciones humanas durante miles de años. Por ejemplo, han permitido grandes expediciones marítimas e inspirado intrincados diseños y patrones. La antigua civilización inca utilizó un sistema de nudos llamados quipu para almacenar información. En los tiempos modernos, se ha pensado que los nudos juegan un papel importante en los fundamentos de la mecánica cuántica de la naturaleza, a pesar de que hasta ahora han permanecido sin ser vistos en la dinámica cuántica.
En la vida cotidiana, los nudos son típicamente atados con cuerdas o cadenas, con dos extremos. Sin embargo, este tipo de nudos no son lo que los matemáticos llaman topológicamente estables ya que pueden ser desatados sin cortar la cuerda. En nudos estables, los extremos de las cuerdas están pegadas juntos. Estos nudos pueden ser reubicados dentro de la cuerda, pero no pueden ser desatados sin tijeras.
Matemáticamente hablando, el nudo cuántica creado realiza un dibujo denominado Fibración Hopf, que fue descubierto por Heinz Hopf en 1931, y sigue siendo ampliamente estudiado en física y matemáticas. Ahora se ha demostrado experimentalmente por primera vez en un campo cuántico.
"Este es el comienzo de la historia de los nudos cuánticos. Sería genial ver incluso nudos cuánticos más sofisticados. También sería importante crear estos nudos en condiciones en que el estado de la materia cuántica sería inherentemente estable. Dicho sistema permitiría estudios detallados de la estabilidad del propio nudo ", dice Mikko Möttönen.
