Cómo una impureza en el mar cuántico aprende a caminar exprés
Una piedrecita cae en un estanque y se forman ondas en el agua. En el mundo cuántico, el estanque no está hecho de agua, sino de muchas partículas idénticas, y la piedrecita también es una partícula, pero forastera. A esa partícula forastera se la llama polarón de Fermi. Durante décadas, los físicos han estudiado cómo se siente un polarón en un lugar fijo. Pero, ¿qué ocurre cuando empieza a moverse? La respuesta acaba de llegar de la mano de experimentadores que trabajan con gases atómicos ultrafríos.
En el nuevo experimento, el polarón se aceleraba mediante un ingenioso esquema Raman —en esencia, se le daba una patada con un láser— y se seguía su energía con enorme precisión. A bajas velocidades, el polarón se comporta como un señor formal con un abrigo pesado: su masa efectiva es constante y su energía crece suavemente. A velocidades muy altas, el abrigo parece caerse: el polarón se vuelve casi desnudo y deja de notar su entorno. Y en el intervalo intermedio empiezan las maravillas.
Así, el movimiento por sí solo provoca una transición de fase cuántica: un cambio en el estado de la partícula sin que varíen la temperatura ni la densidad. Este resultado no es solo una línea en un libro de texto. Nos enseña cómo se comportan las impurezas en medios superfluidos, en estrellas de neutrones o en futuros materiales cuánticos. El tranquilo estanque del gas cuántico ha respondido a una pregunta que flotaba en el aire: el movimiento no es solo velocidad, es física nueva.
El polarón lleva el nombre del físico Lev Landau, quien predijo que un electrón en un cristal puede «vestirse» con una nube de fonones y moverse como una partícula con otra masa.
En la novela «Visión ciega» de Peter Watts, los seres extraterrestres utilizan efectos cuánticos para procesar información; quizás las transiciones de polarón podrían estar en la base de sus biocomputadoras.