fase topológica

Dos bailarines en un mismo escenario: el triángulo y la franja. En un gas cuántico de átomos de disprosio enfriado a 62 nanokelvins, estas dos estructuras espaciales se encontraron por primera vez en un mismo experimento. El gas se mantiene en una trampa que recuerda a una tabla de surf, y sus átomos están entre los más magnéticos de la tabla periódica.

En el mundo cuántico, las partículas se dividen en dos bandos irreconciliables: los bosones aman reunirse en un mismo estado (como la luz en un láser), mientras que los fermiones son individualistas y nunca ocupan el mismo lugar. Parecería que una sola red neuronal no puede aprender ambos caracteres a la vez.

Dos ciudades con la misma densidad media de población. En una, una cuadrícula ordenada de manzanas; en la otra, un laberinto de callejones estrechos y plazas inesperadas. En el mapa global parecen gemelas, pero la vida dentro de ellas fluye de manera muy distinta.

Los electrones en un sólido normalmente o corren libremente (metal) o están confinados en su lugar (aislante). Pero a veces la fuerte repulsión mutua los encierra en un estado a medias: las cargas se quedan quietas, mientras que los espines —pequeñas agujas magnéticas— siguen viviendo su propia vida. Esto se llama aislante de Mott.

En el nuevo modelo, cada partícula activa tiene un ritmo interno: gira hacia la izquierda o hacia la derecha. La quiralidad es la propiedad clave: unas giran en sentido horario, otras en sentido antihorario. Pero cuando una partícula choca con un obstáculo o con una vecina, conmuta su rotación, como un patinador que, tras tocar el borde, estalla en una pirueta inversa.

Una estrella de neutrones es una ciudad comprimida hasta el tamaño de una metrópolis, donde la materia está densificada al límite. En el mismo centro de esa ciudad puede comenzar una remodelación: los neutrones y protones habituales ceden su lugar a un plasma de quarks, los quarks libres que componen casi todo lo que nos rodea.

Algunos materiales están estructurados internamente como una cinta de Möbius: sus estados electrónicos están retorcidos de una manera especial. Estas propiedades topológicas suelen intentar modificarse con un campo magnético potente, como si se intentara alisar la cinta con un mazo. Un grupo de investigadores ha encontrado una herramienta más sutil.

Por lo general, un agujero de gusano se imagina como un túnel en el espacio cuyas paredes sostiene algo inusual: materia con energía negativa. Como los puntales en una mina que evitan que los techos se derrumben. Pero en este trabajo los físicos prescindieron de los puntales.

Quien busca las llaves repasa mentalmente los lugares donde podrían estar. Un ave que en otoño escondió cientos de semillas en rendijas las encuentra en invierno sin equivocarse. ¿Cómo cabe tanta información en el cerebro si todos tenemos aproximadamente el mismo número de neuronas? La respuesta está en la geometría.

El agua hierve detrás de una piedra en el río, el aire se arremolina detrás del ala de un avión: parece que el movimiento es completamente caótico. Pero los autores del estudio encontraron en ese caos una receta de cocina estricta. Descompusieron la rotación del fluido (el momento angular) en dos partes independientes.

El agua puede ser hielo, líquido o vapor. Los físicos llaman a estos estados fases. En teoría, cada fase tiene su propia medida, una forma de describir cuán probable es. Pero no toda medida que se pueda imaginar se encuentra en la naturaleza. Algunas fases son reales, mientras que otras son solo una ilusión matemática.

Si el chocolate se mantiene a una temperatura incorrecta, se vuelve gris y quebradizo. Todo depende de cómo se empaquetan las moléculas de la manteca de cacao entre sí. A diferentes temperaturas forman seis formas cristalinas distintas, y solo una de ellas, la forma V, produce una tableta brillante que se parte con un chasquido y se derrite en la boca.

El mundo cuántico ama el orden, pero la realidad a menudo introduce desorden. En este trabajo, los físicos estudian cadenas unidimensionales de espines: pequeñas flechas magnéticas que pueden apuntar hacia arriba o hacia abajo.

El cristal cambia su geometría interna como el armazón de un edificio que se ladea ligeramente durante un terremoto.

Las células en la superficie del embrión se asemejan a granos de arroz que pueden alinearse en una misma dirección. Este orden se denomina nemático. Surge cuando las células comienzan a actuar de manera coordinada, como un banco de peces que nada en una sola dirección.

Una lagartija que cae de una rama no solo da volteretas: atrapa el aire con el cuerpo y convierte la caída en un deslizamiento. Los ingenieros llevan tiempo copiando esas maniobras, pero hasta ahora no existía un lenguaje común para comparar el planeo de una serpiente, una lagartija y un ala artificial.

Una computadora cuántica teje con los qubits algo parecido a un hilo, donde cada nudo es una partícula y la conexión entre ellos es un entrelazamiento. Cuando un físico mide un qubit, el hilo cambia: en algún lugar se rompe, en otro se cose, y a veces aparece un giro.

La ley descubierta por Wolfgang Pauli prohíbe que partículas idénticas ocupen el mismo lugar. Por eso, en la materia fría surge el mar de Fermi: las partículas, como el agua, llenan los niveles de energía de abajo hacia arriba. La forma de la superficie del mar — incluyendo «islas» de vacíos — dicta las propiedades de todo el sistema.