Los experimentos con luz láser y piezas de material gris del tamaño de recortes de uñas pueden ofrecer pistas sobre un acertijo científico fundamental: ¿Cuál es la relación entre el mundo cotidiano de la física clásica y el reino cuántico oculto que obedece a reglas completamente diferentes?
"Encontramos un material en particular que se extiende entre estos dos regímenes", dijo N. Peter Armitage, profesor asociado de física en la Universidad Johns Hopkins que dirigió la investigación de un artículo recién publicado en la revista ciencia . Seis científicos de la Universidad Johns Hopkins y Rutgers estuvieron involucrados en el trabajo en materiales llamados aislantes topológicos, que pueden conducir la electricidad en la superficie delgada de sus átomos, pero no en su interior.
Los aislantes topológicos se predijeron en la década de 1980, se observaron por primera vez en 2007 y se han estudiado intensamente desde entonces. Fabricados a partir de cientos de elementos, estos materiales tienen la capacidad de mostrar propiedades cuánticas que generalmente aparecen solo a nivel microscópico, peroAquí aparecen en un material visible a simple vista.
Los experimentos reportados en ciencia establezca estos materiales como un estado distinto de la materia "que exhibe efectos mecánicos cuánticos macroscópicos", dijo Armitage. "Por lo general, pensamos en la mecánica cuántica como una teoría de las cosas pequeñas, pero en este sistema la mecánica cuántica aparece en escalas de longitud macroscópicasLos experimentos son posibles gracias a la instrumentación única desarrollada en mi laboratorio ".
En los experimentos reportados en ciencia , muestras de material gris oscuro hechas de los elementos bismuto y selenio, cada uno de unos pocos milímetros de largo y de diferentes espesores, fueron impactados con haces de luz "THz" que son invisibles a simple vista. Los investigadores midieron la luz reflejada mientrasse movió a través de las muestras de material y encontró huellas digitales de un estado cuántico de la materia.
Específicamente, encontraron que a medida que la luz se transmitía a través del material, la onda giraba una cantidad específica, que está relacionada con constantes físicas que generalmente solo se pueden medir en experimentos a escala atómica. La cantidad se ajusta a las predicciones de lo que sería posible eneste estado cuántico
Los resultados se suman a la comprensión de los científicos sobre los aislantes topológicos, pero también pueden contribuir al tema más amplio que Armitage llama "la pregunta central de la física moderna:" ¿Cuál es la relación entre el mundo clásico macroscópico y el mundo cuántico microscópico del cual proviene?surge?
Los científicos desde principios del siglo XX han luchado con la cuestión de cómo puede coexistir un conjunto de leyes físicas que gobiernan objetos por encima de cierto tamaño junto con un conjunto diferente de leyes que gobiernan la escala atómica y subatómica. ¿Cómo emerge la mecánica clásica de la cuántica?mecánica, y ¿dónde está el umbral que divide los reinos?
Esas preguntas aún no se han respondido, pero los aislantes topológicos podrían ser parte de la solución.
"Es una pieza del rompecabezas", dijo Armitage, quien trabajó en los experimentos junto con Liang Wu, quien era un estudiante graduado en Johns Hopkins cuando se realizó el trabajo, Maryam Salehi del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Rutgersy Nikesh Koirala, Jisoo Moon y Sean Oh, del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Rutgers.
Los experimentos fueron apoyados por la Oficina de Investigación del Ejército Grant W911NF-15-1-0560, con el apoyo adicional de la Fundación Gordon y Betty Moore a través de la concesión GBMF2628.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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