Investigadores de la Universidad de Monash en Australia han descrito un estado de materia cuántica previamente desconocido, en el que dos tipos de partículas fundamentalmente distintas se mantienen unidas en una estructura estable. Se trata de las denominadas gotas cuánticas, formadas por una mezcla de bosones y fermiones.
En la física de partículas elementales, todos los objetos se dividen en dos categorías según el número cuántico de espín. Los fermiones, como los protones y los electrones, constituyen la materia como tal. Los bosones, entre los que se encuentran los fotones, actúan como portadores de las interacciones entre fermiones. Combinar estas dos familias en una estructura estable es extremadamente difícil, ya que el principio de exclusión de Pauli impide que los fermiones ocupen el mismo estado cuántico. Esta restricción genera una especie de presión que empuja el sistema desde dentro. Los científicos demostraron que la atracción entre las partículas puede compensar con precisión dicha presión.
El estudiante de posgrado de la Universidad de Monash Sam Foster señaló que los sistemas cuánticos pueden comportarse de maneras que parecen imposibles en el mundo cotidiano, y que estos dos tipos de partículas tan distintas pueden equilibrarse perfectamente entre sí, creando una gota estable que en la práctica se sostiene a sí misma.
En la base de la investigación se encuentra el ansatz, una forma matemática de prueba de la función de onda que los físicos establecen de antemano y luego verifican en cuanto a su coherencia con las ecuaciones. Este enfoque permite sortear la imposibilidad de resolver exactamente el problema de muchos cuerpos. Además del modelo en sí, el equipo propuso una hoja de ruta para la búsqueda experimental de las gotas. Anteriormente se creía que en tales mezclas de bosones y fermiones las partículas interactuaban de forma muy débil, y que cualquier enlace más fuerte destruía el sistema. Los nuevos cálculos apuntan a lo contrario: la región de interacción fuerte resulta notablemente más estable de lo que se suponía. Esto cambia fundamentalmente la evaluación de las posibilidades de observar tales gotas en el laboratorio.
Los investigadores señalan que el esquema propuesto se encuentra dentro de las capacidades de las instalaciones actuales. Los experimentos modernos con átomos ultrafríos ya permiten obtener las configuraciones necesarias para la formación de dichos estados. Estos sistemas se enfrían casi hasta el cero absoluto, donde los efectos cuánticos se manifiestan a escalas macroscópicas. Los cálculos también predicen que fenómenos similares pueden surgir en sistemas con un acoplamiento fuerte entre luz y materia. Los autores ven aplicaciones prácticas en sensores de ultra-precisión y en ordenadores cuánticos de próxima generación.