Dos físicos teóricos del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y de la Universidad Rice de Houston han desarrollado un modelo matemático que revela la existencia de una nueva clase de partículas fundamentales, muy alejadas de las características de fermiones y bosones. Los científicos detrás del descubrimiento predicen que estas ‘parapartículas’, además de sugerir nuevas formas posibles de materia, podrían tener importantes implicaciones para la tecnología futura.
Los físicos de partículas son particularmente audaces. Jugar con las matemáticas puede conducir a resultados que, a primera vista, parecen contradictorios. Con suficiente investigación, esas ecuaciones pueden llevar a ampliar el modelo estándar.
Por ejemplo, un experimento con un signo negativo realizado en 1928 por el físico Paul Dirac condujo al descubrimiento de la antimateria. También fue una idea loca explicar las pérdidas de energía insignificantes que nos permitieron encontrar los esquivos neutrinos. La existencia de la famosa ‘partícula de Dios’, el bosón de Higgs, tardó 50 años en ser confirmada mediante el colisionador de hadrones.
Bosones, fermiones y parapartículas
En el modelo de partículas estándar, todos los elementos fundamentales conocidos se pueden clasificar en diferentes categorías según sus interacciones. Los más famosos son los fermiones y los bosones. En una prudente simplificación para los entusiastas de la mecánica cuántica, la categoría de fermiones incluye todas aquellas partículas que constituyen la materia, como los quarks y los leptones. En la categoría de bosones, sin embargo, se encuentran los elementos fundamentales que median fuerzas entre otras partículas, como fotones o gluones.
Para los físicos especializados, la diferencia entre fermiones y bosones es mucho más compleja. Algunas partículas no pueden ocupar el mismo estado cuántico simultáneamente, mientras que otras sí. El ejemplo clásico es la comparación entre electrones y fotones. Los primeros giran alrededor del átomo, pero cada electrón ocupa un espacio específico y no permite que otro esté en el mismo lugar al mismo tiempo. Los fotones, en cambio, pueden compartir ese estado y moverse en sincronía. Gracias a esta regla de desplazamiento, también conocida como principio de exclusión de Pauli, los elementos de la tabla periódica existen.
Aquí viene la parte complicada. La física no describe el comportamiento de las partículas con metáforas o imágenes mentales, sino con fórmulas matemáticas. En los sistemas utilizados para estudiar elementos sólo existen dos variaciones posibles determinadas por un signo negativo (-): la de los fermiones y la de los bosones.
En este juego de fórmulas matemáticas también es posible vislumbrar ‘nuevas partículas’ que teóricamente se comportan diferente a bosones y fermiones, pero, al requerir escenarios exóticos (como un universo bidimensional), los resultados se han considerado sólo como curiosidades matemáticas o callejones sin salida. La física tiene un nombre: parapartículas.
Los físicos que publicaron su reciente investigación en Naturaleza creó un marco basado en matemáticas avanzadas para que las parapartículas puedan aparecer en sistemas físicos específicos. Sobre el papel, el comportamiento sugiere que tienen el potencial de conducir a nuevas aplicaciones tecnológicas porque los estados cambian de manera compleja cuando se intercambian entre sí. Las computadoras cuánticas utilizan principios físicos similares para funcionar y los científicos esperan probar sus modelos con equipos informáticos avanzados.
«Esto demuestra la posibilidad de un nuevo tipo de cuasipartícula en los sistemas de materia condensada y, de manera más especulativa, el potencial de tipos de partículas elementales no considerados anteriormente», concluye el informe. Naturaleza.