Una
conexión entre la mecánica cuántica y la topología implica la existencia de un
estado nuevo de la materia. Y los físicos ya han encontrado el primer ejemplo
En
1970, un joven físico trabajando en la Unión Soviética presentó una predicción que
contradecía la teoría corriente. Vitaly Efimov, en la Universidad de
Washington, Estados Unidos, en este momento, demostró que los objetos cuánticos
que no se pueden formar en pares podían, sin embargo, formar tripletes.
En
2006, un grupo austríaco halló el primer ejemplo del llamado “estado de Efimov”
en un gas frío de átomos de cesio.
Es una
perplejidad, pues se creía que los enlaces que unen los tripletes son los
mismos que unen los pares. ¡Pero en realidad no!
Resulta que existe una
diferencia sutil pero importante que hace que estos enlaces sean completamente
diferentes.
Nils
Baas, de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, hace ahora otra
asombrosa predicción. Dice que los extraños enlaces como del más allá que
permiten que los átomos de cesio se unan en tripletes deben permitir que se
formen también objetos mucho más complejos. De hecho, dice que estamos a punto
de descubrir una nueva forma de materia regida por una rama completamente nueva
de la física.
Tras
este extraño resultado está la rama de las matemáticas que se conoce como
topología, el estudio de las formas. La topología se refiere en particular a
las propiedades de las formas que se conservan cuando un objeto se comprime,
estira y deforma, sin llegar a romperse.
Un
útil ejemplo es considerar el famoso anillo Borromeano que se ve en la imagen,
arriba a la izquierda. Consiste de tres círculos entrelazados de tal forma que
al cortar uno se liberan los otros dos.
Un
punto clave aquí es que los círculos sobre un plano de dos dimensiones no
pueden formar un anillo Borromeano. Pero al introducir una tercera dimensión,
de repente todos los círculos se pueden vincular de esta forma. Por supuesto,
cualquier planilandense viviendo en ese mundo de 2D quedaría completamente
desconcertado por esa propiedad.
Resulta
que hay una analogía matemática formal entre el anillo Borromeano y los
extraños tripletes de cesio que predijo Efimov. Las matemáticas de la mecánica
cuántica y la topología pasan a ser las mismas.
Pero
aquí está el tema: los enlaces que emergen de la topología de la mecánica
cuántica son por completo fuera de este mundo. Si bien la materia común, la
materia sobre la que uno puede golpear con los nudillos, claramente está
confinada en tres dimensiones, las matemáticas de la mecánica cuántica existen
en un conjunto completamente distinto de dimensiones. Y es en este espacio en
el que se forman los anillos Borromeanos.
El
resultado es una especie de física paralela, en la que las leyes que gobiernan
el comportamiento de este universo paralelo ejercen una tracción fantasmal e
ineludible sobre nuestro universo.
Y
no son sólo los enlaces entre átomos los que se ven afectados. Los físicos
están empezando a construir conductores y aislantes en los que el movimiento de
los electrones es gobernado por la topología de la mecánica cuántica. Los que
se conocen como aislantes topológicos son un tema crucial y de actualidad en la
física de estado sólido.
Y
la topología está por extender su influencia, si Baas está en lo cierto. Él
señala que los anillos Borromeanos son el ejemplo más simple de una tabla
periódica completa de estructuras topológicas. Y si es posible crear estados de
Efimov equivalentes a los anillos Borromeanos, entonces debería ser posible
hacer otros, también.
Esta
familia de vosas sería un nuevo estado de la materia regido por nuevas reglas,
una especie de “física de Efimov”. ¿Cómo se comportaría esta materia? No está
claro aún, pero Baas presenta una interesante posibilidad. El profundo y
extraño vínculo entre partículas en los estados de Efimov es notablemente
similar al entrelazamiento cuántico.
Nadie
está muy seguro de si son idénticos, pero si lo son, la física de Efimov nos
aportará una nueva forma de pensar sobre el entrelazamiento y sobre cómo
generarlo y aprovecharlo. Esto tendrá importantes implicaciones para la
criptografía, la computación y la ciencia de la información en general.
El
ganador del Premio Nobel de Física Murray Gell-Mann afirmó en una ocasión que:
“Todo lo que no está prohibido, es obligatorio”. Se refería a la forma en que
interactúan las partículas en la mecánica cuántica. En otras palabras, si no
hay una razón por la que las partículas no puedan interactuar de cierta forma,
entonces deben interactuar de dicha manera.
Parece
que vamos a poder ver cuán profunda es esta afirmación y qué alcance puede
tener.
En la foto vemos la habitación de Ruggieri, uno de los astrólogos de la corte de la reina Catalina de Médicis, con el signo que figura en el manto de la chimenea. Algunos lo interpretan como un signo en relación con Diana de Poitiers (el triángulo representa la letra griega delta, inicial de Diana).
