Descubren partícula cuántica: fundamental para la comprensión de la masa

Un equipo interdisciplinario dirigido por físicos del Boston College, en Estados Unidos, descubrió una nueva partícula (o excitación cuántica) hasta ahora indetectable conocida como modo axial de Higgs, un ‘pariente’ magnético de la partícula del Bosón de Higgs que define la masa, según la edición online de la revista ‘Nature’.

La detección hace una década del largamente buscado Bosón de Higgs se convirtió en algo fundamental para la comprensión de la masa. A diferencia de su progenitor, el modo axial de Higgs tiene un momento magnético, y eso requiere una forma más compleja de la teoría para explicar sus propiedades, explica el profesor de física del Boston College Kenneth Burch, coautor principal del informe.

Las teorías que predecían la existencia de dicho modo han sido invocadas para explicar la “materia oscura”, el material casi invisible que compone gran parte del universo, pero que sólo se revela a través de la gravedad, apunta Burch.

Mientras que el Bosón de Higgs se reveló mediante experimentos en un colisionador de partículas masivo, el equipo se centró en el RTe3, o triteluro de tierras raras, un material cuántico bien estudiado que puede examinarse a temperatura ambiente en un formato experimental ‘de mesa’. “No todos los días se encuentra una nueva partícula sobre la mesa”, resalta Burch.

El RTe3 tiene propiedades que imitan la teoría que produce el modo axial de Higgs, explica. Sin embargo, el principal reto para encontrar partículas de Higgs en general es su débil acoplamiento a las sondas experimentales, como los haces de luz. Asimismo, revelar las sutiles propiedades cuánticas de las partículas requiere montajes experimentales bastante complejos que incluyen enormes imanes y láseres de alta potencia, al tiempo que se enfrían las muestras a temperaturas extremadamente bajas.

El equipo informa de que superó estos retos mediante el uso exclusivo de la dispersión de la luz y la elección adecuada del simulador cuántico, esencialmente un material que imita las propiedades deseadas para el estudio.

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Los investigadores se centraron en un compuesto conocido desde hace tiempo por poseer una “onda de densidad de carga”, es decir, un estado en el que los electrones se autoorganizan con una densidad periódica en el espacio.

La teoría fundamental de esta onda imita los componentes del modelo estándar de la física de partículas, afirma. Sin embargo, en este caso, la onda de densidad de carga es bastante especial, emerge muy por encima de la temperatura ambiente e implica la modulación tanto de la densidad de carga como de las órbitas atómicas. Esto permite que el Bosón de Higgs asociado a esta onda de densidad de carga tenga componentes adicionales, concretamente podría ser axial, lo que significa que contiene momento angular.

Para revelar la naturaleza sutil de este modo, Burch señala que el equipo utilizó la dispersión de la luz, en la que se hace brillar un láser sobre el material y puede cambiar el color, así como la polarización. El cambio de color se debe a que la luz crea el Bosón de Higgs en el material, mientras que la polarización es sensible a los componentes de simetría de la partícula.

Mediante la elección adecuada de la polarización incidente y saliente, la partícula podría crearse con diferentes componentes, como uno ausente de magnetismo, o un componente apuntando hacia arriba. (DPA)