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¿Hemos detectado indicios de gravitones?

zf L/Getty Images

Los físicos han estado buscando gravitones, las partículas hipotéticas que se cree que transportan la gravedad, durante décadas. Estas nunca se han detectado en el espacio, pero ahora se han visto partículas similares a gravitones en un semiconductor. Usarlos para comprender el comportamiento de los gravitones podría ayudar a unir la teoría general de la relatividad y la mecánica cuántica, que han estado en desacuerdo durante mucho tiempo.

“Esto es una aguja en un pajar [finding]. Y el artículo que inició todo esto data de 1993”, dice Loren Pfeiffer en la Universidad de Princeton. Escribió ese artículo con varios colegas, entre ellos Aron Pinczukque falleció en 2022 antes de que pudieran encontrar indicios de las esquivas partículas.

Los estudiantes y colaboradores de Pinczuk, incluido Pfeiffer, han completado el experimento que ambos comenzaron a discutir hace 30 años. Se centraron en los electrones dentro de una pieza plana del semiconductor arseniuro de galio, que colocaron en un potente refrigerador y lo expusieron a un fuerte campo magnético. En estas condiciones, los efectos cuánticos hacen que los electrones se comporten de manera extraña: interactúan fuertemente entre sí y forman un líquido inusual e incompresible.

Este líquido no es tranquilo pero presenta mociones colectivas donde todos los electrones se mueven al unísono, lo que puede dar lugar a excitaciones similares a las de partículas. Para examinar esas excitaciones, el equipo apuntó un láser cuidadosamente sintonizado sobre el semiconductor y analizó la luz que se dispersaba en él.

Esto reveló que la excitación tenía una especie de espín cuántico que sólo se ha teorizado que existe en los gravitones. Aunque no se trata de un gravitón per se, es lo más parecido que hemos visto.

Ziyu Liu de la Universidad de Columbia en Nueva York, que trabajó en el experimento, dice que él y sus colegas sabían que podían existir excitaciones similares a los gravitones en su semiconductor, pero llevó años hacer que el experimento fuera lo suficientemente preciso como para detectarlas. «Desde el punto de vista teórico, la historia estaba bastante completa, pero en los experimentos, realmente no estábamos seguros», dice.

El experimento no es un verdadero análogo del espacio-tiempo: los electrones están confinados en un espacio plano bidimensional y se mueven más lentamente que los objetos regidos por la teoría de la relatividad.

Pero es «extremadamente importante» y une diferentes ramas de la física, como la física de materiales y las teorías de la gravedad, de una manera hasta ahora subestimada, dice. Kun Yang en la Universidad Estatal de Florida, que no participó en el trabajo.

Sin embargo, Zlatko Papic de la Universidad de Leeds, en el Reino Unido, advierten contra la equiparación del nuevo hallazgo con la detección de gravitones en el espacio. Dice que los dos son suficientemente equivalentes para que sistemas de electrones como los del nuevo experimento se conviertan en campos de prueba para algunas teorías de la gravedad cuántica, pero no para todos los fenómenos cuánticos que le suceden. espacio-tiempo a escalas cósmicas.

Las conexiones entre esta excitación similar a una partícula y los gravitones teóricos también generan nuevas ideas sobre estados exóticos de los electrones, dice un miembro del equipo. Lingjie Du en la Universidad de Nanjing en China.

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