Los físicos 'observaron' al gato de Schrödinger con un nuevo 'pelo'

En física, el gato de Schrödinger es una alegoría de dos de los efectos más impresionantes de la mecánica cuántica:

entrelazamiento y superposición.Investigadores de Dresde y Munich han observado este comportamiento a una escala mucho mayor que en las partículas más pequeñas. Hasta ahora se sabía que los materiales con propiedades como el magnetismo tienen los llamados dominios, islas en las que las propiedades de los materiales son uniformes. Si fueran colores, serían islas en blanco y negro. Pero al estudiar el fluoruro de litio y holmio (LiHoF 4), los físicos han descubierto una transición de fase completamente nueva en la que los dominios exhiben repentinamente propiedades de la mecánica cuántica, lo que hace que sus propiedades se entrelacen (permaneciendo tanto en blanco como en negro).

“Nuestro “gato cuántico” ahora tiene un nuevo “pelo”,porque hemos descubierto una nueva transición de fase cuántica en LiHoF 4 que no se sabía que existiera anteriormente”, dice Matthias Vojta, jefe del Departamento de Física Teórica del Estado Sólido de la Universidad Técnica de Dresde.

Propiedades como el magnetismo oLa superconductividad surge como resultado de las transiciones de fase de los electrones en los cristales. Para las transiciones de fase a temperaturas cercanas al cero absoluto a -273,15 °C, entran en juego los efectos de la mecánica cuántica, como el entrelazamiento y las transiciones de fase cuánticas.

A temperaturas muy bajas, LiHoF 4 actúacomo un ferroimán en el que todos los momentos magnéticos se dirigen espontáneamente en una dirección. Si se aplica un campo magnético exactamente vertical a la dirección magnética preferida, los momentos magnéticos cambiarán de dirección, lo que se conoce como fluctuaciones. Cuanto mayor sea la intensidad del campo magnético, más intensas serán estas fluctuaciones hasta que, finalmente, el ferromagnetismo desaparezca por completo en una transición de fase cuántica. Esto conduce al enredo de momentos magnéticos adyacentes. “Si lleva una muestra de LiHoF 4 a un imán muy fuerte, de repente dejará de ser espontáneamente magnético. Esto se sabe desde hace 25 años”, dice Vojta.

Lo nuevo es lo que sucede cuandocambiar la dirección del campo magnético. "Descubrimos que la transición de fase cuántica continúa ocurriendo, mientras que antes se pensaba que incluso la más mínima inclinación del campo magnético la suprimiría inmediatamente", explica el coautor del estudio Christian Pfleiderer, profesor de topología de sistemas correlacionados en la Universidad Técnica. de Múnich. Sin embargo, en estas condiciones no son los momentos magnéticos individuales los que sufren transiciones de fase cuánticas, sino grandes regiones magnéticas, los llamados dominios ferromagnéticos.

“Utilizamos muestras esféricas para nuestromediciones de precisión. Esto es lo que nos permitió estudiar con precisión el comportamiento de pequeños cambios en la dirección del campo magnético”, agrega Andreas Wendl, quien realizó los experimentos como parte de su tesis doctoral.

“Hemos descubierto un tipo completamente nuevo de energía cuánticatransiciones de fase, en las que el entrelazamiento ocurre en la escala de muchos miles de átomos, y no solo en el microcosmos de unos pocos, explica Vojta. "Si imagina los dominios magnéticos como un patrón en blanco y negro, la nueva transición de fase hace que las áreas blancas o negras se vuelvan infinitesimales, es decir, crean un patrón cuántico y no se disuelven por completo". Un modelo teórico desarrollado recientemente explica con éxito los datos obtenidos de los experimentos.

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