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Partícula sin masa revolucionará la electrónica

Partícula sin masa revolucionará la electrónica

Desde hace 85 años, los físicos han desplegado ingenio para probar la existencia de los fermiones de Weyl. Por primera vez, fueron observados en un laboratorio.

Éste ha sido un gran paso para el mundo de la física. Tres grupos diferentes de físicos han encontrado fuerte evidencia de “partículas sin masa” que son denominadas por los científicos como “fermiones de Weyl”.

La historia de éstas “cuasi partículas” se remonta a 1928, año en el cual Paul Dirac formuló una ecuación que describe el “spin” de fermiones (los fermiones son componentes básicos que componen toda la materia). En lo profundo de su ecuación, descubrió que, en relación con las partículas que tienen carga y masa, debe haber una partícula y su respectiva antipartícula, como por ejemplo el electrón y su antipartícula, el positrón.

Otras soluciones a esta ecuación insinuaban tipos más exóticos de partículas. Un matemático alemán, Hermann Weyl, ideó en 1929 una solución que implicaba partículas sin masa. Éstas llegaron a ser conocidas como: “fermiones de Weyl”. Durante muchos años, los físicos creían que los neutrinos (partículas subatómicas producidas por la desintegración de elementos radiactivos) eran en realidad partículas de Weyl. Sin embargo, otros estudios publicados en 1998 indicaron que los neutrinos de hecho sí tienen masa, lo cuál significa que no podrían ser las escurridizas partículas de Weyl.

Gracias a la observación lograda en laboratorio, ahora estamos seguros de la existencia de los fermiones de Weyl.

Foto del "scanning tunneling spectromicroscope” utilizado para encontrar el fermión de Weil. Imagen: wikimedia.org
Foto del «scanning tunneling spectromicroscope” utilizado para encontrar el fermión de Weyl. Imagen: wikimedia.org

La investigación realizada gracias a Zahid Hasan de la Universidad de Princeton, descubrió estas partículas en el semi-metal de arseniuro de tantalio (conocido como TaAs). Hasan y su equipo sugieren que los TaAs contienen fermiones de Weyl y que (aquí viene la parte importante) debería existir algo más que se conoce como “arco de Fermi”. Además, en 2014, el equipo encontró evidencia de dicho arco.

Pero eso no es todo, otro equipo, dirigido por Hongming Weng en la Academia de Ciencias de China, encontraron evidencia similar en un estudio independiente utilizando los mismos métodos. Marin Soljacic y colegas (provenientes del MIT y la Univeridad de China) han visto pruebas de fermiones de Weyl en un material diferente, en concreto, en un cristal de “doble giroide” fotónico.

En este último caso, el equipo disparó microondas en el cristal y se midió la trasmisión de microondas a través de ella, variando la frecuencia de las microondas durante todo el experimento. A través de este proceso, el equipo podría trazar la estructura del cristal, lo que les permite determinar qué frecuencias de microondas pueden viajar a través del cristal y cuáles no. Al final, éste reveló la presencia de “puntos de Weyl” en la estructura, que es una fuerte evidencia de los fermiones de Weyl  existentes dentro del cristal fotónico.

Importancia del Hallazgo

La partícula fue nombrada con el nombre de Hermann Weyl. Imagen: wikimedia.org
La partícula fue nombrada con el nombre de Hermann Weyl. Imagen: wikimedia.org

“La física del fermión de Weyl es tan extraña, podría haber muchas cosas que podrían surgir de esta partícula que simplemente aún no somos capaces de imaginar”.

Éstas palabras pertenecen a Zahid Hasan. El físico hizo enfásis en aplicaciones específicas: “Es como si tuvieran su propio GPS, se dirigen ellos mismos sin dispersarse. Ellos se mueven y se mueven en una sola dirección, ya que son diestros o zurdos a la vez. Son electrones muy rápidos que se comportan como haces de luz unidireccionales y se pueden llegar a utilizar para nuevos tipos de computación cuántica.”

En última instancia, se cree que los fermiónes de Weyl podrían ser de gran utilidad, ya que debido a que carecen de masa, pueden trasportar cargas eléctricas mucho más rápido que los electrones normales. Encontramos esta misma característica en el grafeno. Sin embargo, el grafeno es un material en 2D, mientras que los fermiones de Weyl posiblemente sean más prácticos en materiales en 3D.



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