Hemos encontrado algo que se comporta como una partícula de gravedad...

Los gravitones, las partículas que se cree que transportan la gravedad, nunca se han visto en el espacio, pero se ha detectado algo muy parecido en un semiconductor.

Por Karmela Padavic-Callaghan

27 Marzo 2024

Los físicos llevan décadas buscando gravitones, las hipotéticas partículas portadoras de la gravedad. Nunca se han detectado en el espacio, pero ahora se han visto partículas similares en un semiconductor. Utilizarlas para comprender el comportamiento de los gravitones podría ayudar a unir la teoría general de la relatividad y la mecánica cuántica, que han estado enfrentadas durante mucho tiempo.

"Se trata de un descubrimiento como haber encontrado una aguja en un pajar. Y el artículo que inició todo esto data de 1993", afirma Loren Pfeiffer, de la Universidad de Princeton. Pfeiffer escribió ese artículo con varios colegas, entre ellos Aron Pinczuk, que falleció en 2022 antes de que pudieran encontrar indicios de las elusivas partículas.

Los estudiantes y colaboradores de Pinczuk, entre ellos Pfeiffer, han completado ahora el experimento que ambos empezaron a discutir hace 30 años. Se centraron en los electrones dentro de una pieza plana del semiconductor arseniuro de galio, que colocaron en un potente refrigerador y expusieron a un fuerte campo magnético. En estas condiciones, los efectos cuánticos hacen que los electrones se comporten de forma extraña: interactúan fuertemente entre sí y forman un inusual líquido incompresible.

Este líquido no está en calma, sino que presenta movimientos colectivos en los que todos los electrones se mueven al unísono, lo que puede dar lugar a excitaciones similares a las de las partículas. Para examinar esas excitaciones, el equipo hizo brillar un láser cuidadosamente sintonizado sobre el semiconductor y analizó la luz que se dispersaba por él.

Esto reveló que la excitación tenía un tipo de espín cuántico cuya existencia sólo se había teorizado en gravitones. Aunque no se trata de un gravitón propiamente dicho, es lo más parecido que hemos visto.

Ziyu Liu, de la Universidad de Columbia (Nueva York), que trabajó en el experimento, afirma que él y sus colegas sabían que podían existir excitaciones similares a las de los gravitones en su semiconductor, pero necesitaron años para que el experimento fuera lo bastante preciso como para detectarlas. "Desde el punto de vista teórico, la historia estaba más o menos completa, pero en los experimentos no estábamos seguros", afirma.

El experimento no es un análogo real del espacio-tiempo: los electrones están confinados en un espacio plano bidimensional y se mueven más despacio que los objetos regidos por la teoría de la relatividad.

Pero es "extremadamente importante" y tiende puentes entre distintas ramas de la física, como la física de materiales y las teorías de la gravedad, de una forma hasta ahora infravalorada, afirma Kun Yang, de la Universidad Estatal de Florida, que no participó en el trabajo.

No obstante, Zlatko Papic, de la Universidad de Leeds (Reino Unido), advierte del peligro de equiparar el nuevo hallazgo con la detección de gravitones en el espacio. En su opinión, ambas cosas son lo suficientemente equivalentes como para que sistemas de electrones como los del nuevo experimento se conviertan en bancos de pruebas de algunas teorías de la gravedad cuántica, pero no de todos y cada uno de los fenómenos cuánticos que ocurren en el espacio-tiempo a escalas cósmicas.

Las conexiones entre esta excitación similar a la de las partículas y los gravitones teóricos también plantean nuevas ideas sobre los estados exóticos de los electrones, afirma Lingjie Du, miembro del equipo de la Universidad de Nanjing (China).

Referencia de la noticia:

Nature DOI: 10.1038/s41586-024-07201-w