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  • Octubre 2016Nº 23

Materia condensada

La búsqueda de partículas de Majorana

La variante superconductora de los aislantes topológicos podría confirmar la existencia de un estado cuántico exótico propuesto hace 80 años en el contexto de las partículas elementales.

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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.

Las cuasipartículas tienen un profundo significado físico. La manera más sencilla de entenderlo es pensar que un mismo sistema puede comportarse de manera muy diferente según la escala de energías a la que lo analicemos. En este sentido, una cuasipartícula deja de ser una mera construcción teórica y adquiere la misma entidad fundamental que una partícula: basta con sondear experimentalmente al sistema a la escala de energía apropiada.

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