'Esto es magnífico. Nunca había experimentado tal euforia". Jan Zaanen no hace ningún intento por ocultar su entusiasmo. Junto con Mihailo Cubrovic y Koenraad Schalm, ha conseguido aclarar un fenómeno natural, previamente inexplicable, utilizando las matemáticas de la teoría de cuerdas.
Los electrones pueden formar un tipo especial de estado, el llamado estado crítico cuántico, que desempeña un papel en la super-conductividad en alta temperatura.
La super-conductividad a altas temperaturas ha sido durante mucho tiempo un "tema caliente" en la física. Heike Kamerlingh Onnes, en Leiden, descubrió en la super-conductividad, que los electrones pueden pasar por un material sin ninguna resistencia.
En primera instancia, esto sólo parecía posible a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto; sin embargo, cada vez surgen más y más ejemplos donde se constata que también se produce en altas temperaturas.
Hasta ahora, nadie ha sabido explicar la super-conductividad en altas temperaturas. Zaanen: «Tenía muy asumido que, una vez que se entiende el estado crítico cuántico, se podría comprender la super-conductividad en altas temperaturas.
No obstante, aunque los experimentos producían una gran cantidad de información, no se tenía la menor idea de cómo describir este fenómeno.
Ahora, la teoría de las cuerdas ofrece una solución.
Esta es la primera vez que se ha publicado en Science un cálculo basado en la teoría de las cuerdas, pese a ser una teoría ampliamente conocida. "Siempre ha habido un montón de expectativas alrededor de esta teoría", explica Zaanen.
La teoría de cuerdas, a menudo se ha visto como hija de Einstein, cuyo objetivo era elaborar una teoría revolucionaria y omniabarcante, una especie de "teoría de todo". Hace diez años, incluso los investigadores decían:
"Dénos dos semanas y seremos capaces de decirle de dónde vino el Big Bang". El problema de la teoría de las cuerdas es que, a pesar de su excelente matemática, nunca fue capaz de concretar un vínculo con la realidad física, con este mundo que nos rodea".
Ahora, Zaanen, junto con sus colegas Cubrovic y Schalm, están tratando de enmendar esta situación, mediante la aplicación de la teoría de cuerdas a un fenómeno que incluso los físicos como Zaanen, se han pasado los últimos quince años sin poder explicar:
El estado crítico cuántico de los electrones. Este estado especial se produce en un material, poco antes de convertirse en super-conductores a altas temperaturas.
Zaanen lo describe como una "sopa cuántica", donde los electrones forman un colectivo independiente de distancias, y donde los electrones exhiben el mismo comportamiento tanto en la pequeña escala de la mecánica cuántica como en la escala macroscópica humana.
Tanto Zaanen como Schalm, decidieron trabajar conjuntamente en la investigación.
Utilizaron el aspecto de la teoría de cuerdas conocido como la correspondencia AdS/CFT.
Esto permite que situaciones en un mundo de gran relatidad se pueda traducir al minúsculo nivel de la física cuántica.
Esta correspondencia crea un puente entre estos dos mundos diferentes.
Mediante la aplicación de dicha correspondencia a la situación en la que un agujero negro vibra cuando un electrón cae dentro de él, llegaron a la descripción de los electrones que se mueven dentro y fuera de un estado crítico cuántico.
Después de días y noches de trabajar duro, de tratar de recomponer el rompecabezas. "No habíamos previsto que funcionara tan bien", decía complacido Zaanen. "Las matemáticas tenían un ajuste perfecto, fue excelente.
Cuando vimos los cálculos, al principio no nos lo podíamos creer, pero era lo correcto".
Aunque el misterio de las super-conductividad en altas temperaturas no está totalmente resuelto, los resultados muestran que los principales problemas de la física se pueden abordar mediante la teoría de cuerdas.
Y esto es sólo el principio, considera Zaanen. La correspondencia AdS/CFT, explica cosas que parecía establecido que no se podían resolver, a pesar de los enormes esfuerzos en este campo.
Hay un montón de cosas que se pueden hacer con ella.
Nosotros no la entendemos completamente, pero yo lo veo como una puerta de entrada a mucho más".
El hecho de que Science haya querido publicar este descubrimiento lo confirma.
- Publicado en PhysOrg.com
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