Restringir una extraña clase de partículas, conocidas como anyones, a una dimensión podría forzarlas a adoptar una de dos nuevas formas, sugieren modelos, lo que apunta a nuevas interacciones fundamentales en la física de partículas.
En un espacio tridimensional, las partículas se dividen en dos grupos. Están los fermiones, que típicamente describen partículas que no se superponen entre sí, como los electrones y los quarks, y están los bosones, que describen partículas portadoras de fuerza que pueden atravesarse fácilmente.
“Parece que cada partícula en nuestro Universo encaja estrictamente en dos categorías: bosónica o fermiónica”, afirma el físico Thomas Busch, del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) en Japón. “¿Por qué no hay otras?”.
Hace medio siglo, los físicos teóricos razonaron que las estadísticas detrás de estas reglas no son tan sencillas cuando se elimina una dimensión. El resultado es el ‘anyon’, un tercer grupo que no es ni bosón ni fermión que aparece en entornos planos y bidimensionales.
Desde entonces, la evidencia experimental de la existencia del anyón ha crecido, con estudios de laboratorio que encuentran nuevas formas de restringir partículas como los electrones para forzar la existencia de este tercer grupo.
Ahora, físicos del OIST y la Universidad de Oklahoma en EE. UU. Los han estudiado en una sola dimensión, descubriendo un nivel completamente nuevo de complejidad en el comportamiento del anyón.
“Hemos identificado no solo la posibilidad de la existencia de anyones unidimensionales”, afirma Busch, “sino que también hemos demostrado cómo se pueden mapear sus estadísticas de intercambio y, lo que es más emocionante, cómo se puede observar su naturaleza a través de su distribución de momento”.
Particles behave differently in different dimensions. (Jack Featherstone)
Las partículas no pueden rodearse entre sí cuando están atrapadas en un espacio 1D, lo que las obliga a interactuar. Dado que las interacciones entre partículas son una parte clave para clasificarlas, los espacios unidimensionales brindan a los científicos una oportunidad para analizar las características de las partículas.
Una de las diferencias clave entre bosones y fermiones es lo ‘sociables’ que son. En términos muy simples, los bosones tienden a agruparse y los fermiones no. En el espacio reducido de una dimensión, esa ‘sociabilidad’ se vuelve aún más importante.
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En términos de anyones, los investigadores razonaron que estas interacciones forzadas les permiten categorizarse en anyones de tipo bosónico y fermiónico.
También identificaron un factor de las interacciones de los anyones que controla cuán bosónico o fermiónico es una partícula dada. Además, el equipo demostró cómo medir la distribución del momento de la partícula podría servir como una forma viable de detectar su ‘huella digital’.
“Al igual que los bosones y los fermiones, los anyones bosónicos y los anyones fermiónicos tienen diferentes estadísticas de intercambio de partículas”, escriben los investigadores en uno de sus artículos publicados.
En este momento, los hallazgos son teóricos y esperan validación a través de experimentos. Sin embargo, incluso en forma teórica, los hallazgos remodelan nuestro pensamiento fundamental sobre las partículas y sus interacciones.
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“La instrumentación experimental necesaria para realizar estas observaciones ya existe”, afirma Busch. “Estamos entusiasmados de ver qué descubrimientos futuros se hagan en esta área y qué nos pueden contar sobre la física fundamental de nuestro Universo”.
Existe un impulso creciente en la investigación que va más allá de la idea binaria de bosones y fermiones, conocida más generalmente como parastatística. Si bien no todos están de acuerdo en que haya mucho más por descubrir, algunas de las matemáticas subyacentes sugieren que es posible que no tengamos toda la imagen de la física aún.
La investigación ha sido publicada en Physical Review A, aquí y aquí.
