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1 de Marzo de 2013
Física cuántica

Fases cuánticas y teoría de cuerdas

Algunas transiciones entre fases cuánticas de la materia incorporan lo que Einstein denominó «espeluznante acción a distancia». Su descripción matemática guarda relación con un área de la física sin relación aparente: la teoría de cuerdas.

George Retseck

En síntesis

La materia puede presentarse en muchas otras fases aparte de sólido, líquido y gas. Los electrones de un material pueden sufrir transiciones, las cuales dependen de las propiedades cuánticas de este. Los superconductores constituyen el ejemplo más conocido.

Algunas de esas fases aparecen cuando los electrones de un cristal conforman un vasta red formada por billones de partículas mutuamente entrelazadas. Durante años, la complejidad de esas redes ha traído de cabeza a los expertos en física de la materia condensada.

Una nueva formulación matemática del problema procede de un área de investigación completamente inesperada: la teoría de cuerdas. Desde un punto de vista formal, las dimensiones extra y los agujeros negros están ayudando a describir dichas transiciones de fase.

Hace algunos años me hallé a mí mismo en un lugar completamente inesperado: una conferencia sobre teoría de cuerdas. Mi campo de investigación es la materia condensada, el estudio de materiales como metales y superconductores a temperaturas próximas al cero absoluto. Esta disciplina se halla todo lo lejos de la teoría de cuerdas como podría estarlo sin salirse de la física. La teoría de cuerdas intenta describir la naturaleza a energías mucho mayores que las que pueden alcanzarse en los laboratorios terrestres o, de hecho, en cualquier lugar del universo conocido. Quienes a ella se dedican estudian las exóticas leyes que gobiernan los agujeros negros y postulan que el universo posee otras dimensiones espaciales, además de las tres que podemos ver. Para ellos, la gravedad constituye la interacción dominante de la naturaleza. Para mí, no desempeña ningún papel.

Esas diferencias se plasman en un abismo cultural. Los investigadores en teoría de cuerdas gozan de una excelente reputación, por lo que asistí a aquella conferencia con un temor casi reverencial a su pericia matemática. Había invertido meses en la lectura de artículos y libros sobre el tema, a menudo quedándome empantanado. Estaba seguro de que sería rechazado como un advenedizo ignorante. Por su parte, los teóricos de cuerdas tenían dificultades con algunos de los conceptos más simples de mi campo. Llegué a verme dibujando esquemas que con anterioridad solo había empleado con mis estudiantes de doctorado primerizos.

Así pues, ¿por qué había asistido? Durante los últimos años, los expertos en materia condensada hemos observado que algunos materiales pueden comportarse de un modo que hasta ahora juzgábamos imposible. Se trata de fases marcadamente cuánticas de la materia cuya estructura se caracteriza por la aparición de uno de los fenómenos más chocantes de la naturaleza: el entrelazamiento cuántico. En un célebre artículo escrito en 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen señalaron que la teoría cuántica implicaba la existencia de ciertas conexiones «espeluznantes» entre partículas. Cuando aparecen, las partículas se coordinan sin que haya entre ellas una acción física directa. Einstein y sus colaboradores consideraron el caso de dos electrones, pero un metal o un superconductor contienen muchísimos más: del orden de 1023, en una muestra de laboratorio típica. La complejidad que exhiben algunos materiales resulta sobrecogedora, y a ella he dedicado gran parte de mi carrera. Pero el problema no se reduce a lo meramente académico: los superconductores revisten una enorme importancia técnica, por lo que se han dedicado ingentes esfuerzos a entender sus propiedades y su potencial.

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