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Los modos de Higgs controlados por luz están presentes en los superconductores

Incluso si no eres un especialista en física, probablemente hayas escuchado algo sobre el bosón de Higgs.

Hubo un título en 1993 para el libro ganador del Premio Nobel de Leon Lederman que llamó al Higgs la “partícula de Dios”. Hubo una búsqueda de la partícula de Higgs que se lanzó después de las primeras colisiones de 2009 dentro del Gran Colisionador de Hadrones en Europa. Hubo un anuncio en 2013 de que Peter Higgs y Francois England ganaron el Premio Nobel de Física por teorizar independientemente en 1964 que la partícula fundamental, el Higgs, es la fuente de masa en partículas subatómicas, lo que hace posible el universo tal como lo conocemos.

(Además, los físicos de la Universidad Estatal de Iowa están en la lista de autores de un artículo de 2012 que describe cómo el experimento ATLAS en el colisionador observó una nueva partícula que luego se confirmó que era el Higgs).

Y ahora Jigang Wang, profesor de física y astronomía en Iowa, científico jefe del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU., Y un equipo de investigadores han descubierto una forma de la famosa partícula dentro de un superconductor, un material capaz de conducir electricidad. Sin resistencia, generalmente a temperaturas muy frías.

Wang y sus colaboradores, incluidos Zhang Beom Eum, el presidente de ingeniería Raymond R. Holton y Tudor H. Gebel en la Universidad de Wisconsin-Madison; Elias Perrakis, profesor y presidente del Departamento de Física de la Universidad de Alabama en Birmingham; Eric Hellstrom, profesor y presidente interino de ingeniería mecánica en la Universidad Estatal de Florida, contó los detalles en un artículo de investigación publicado recientemente en línea en Nature Communications.

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Escriben que en experimentos de laboratorio descubrieron una posición de “Higgs” de corta duración dentro de superconductores de hierro no convencionales (pero aún muy fríos).

Descubrimiento cuantitativo
Este modo de Higgs es un estado de la materia en la escala cuántica de átomos, sus estados electrónicos y excitaciones energéticas. Se puede acceder al modo y controlarlo mediante el destello de luz láser sobre el superconductor a frecuencias de terahercios de billones de pulsos por segundo. Los modos de Higgs se pueden crear dentro de diferentes rangos de energía y aún así interactuar entre sí.

Wang dijo que esta colocación de Higgs dentro de un superconductor podría usarse para desarrollar nuevas sondas cuánticas.

“Es como si el LHC pudiera usar la partícula de Higgs para descubrir energía oscura o antimateria para ayudarnos a comprender el origen del universo”, dijo Wang. “Y los sensores de posicionamiento de Higgs sobre la mesa tienen la capacidad de ayudarnos a descubrir secretos ocultos de los estados cuánticos de la materia”.

Este conocimiento podría conducir a una nueva “revolución cuántica” de la tecnología informática y de la información de alta velocidad, dijo Wang.

“Es una de las formas en que este extraño y extraño mundo cuántico puede aplicarse a la vida real”, dijo Wang.

Control de luz superconductora
El proyecto adopta un enfoque tridimensional para acceder y comprender propiedades especiales, como este modo de Higgs, oculto dentro de superconductores:

El grupo de investigación de Wang está utilizando una herramienta llamada espectroscopia cuántica de terahercios para visualizar y dirigir pares de electrones que se mueven a través de un superconductor. El instrumento utiliza destellos láser como perilla de control para acelerar las supercorrientes y alcanzar estados cuánticos de la materia nuevos y potencialmente útiles.

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El equipo de Eom ha desarrollado una tecnología de síntesis que produce películas cristalinas delgadas de un superconductor a base de hierro de calidad lo suficientemente alta como para detectar el modo Higgs. El equipo de Heilstrom desarrolló las fuentes de deposición para desarrollar películas delgadas superconductoras a base de hierro.

El equipo de Perrakis dirigió el desarrollo de modelos y teorías cuánticas para explicar los resultados de los experimentos y simular las características más destacadas que provienen del modo Higgs.

El trabajo fue apoyado por una subvención de Luang de la National Science Foundation y subvenciones a Eom y Perakis del Departamento de Energía de Estados Unidos.

“La ciencia interdisciplinaria es la clave aquí”, dijo Perrakis. “Tenemos física cuántica, ciencia e ingeniería de materiales, física de materia condensada, láseres y fotónica inspirados en la física de partículas fundamentales y de alta energía”.

Existen buenas y prácticas razones para que los investigadores de todos estos campos trabajen juntos en el proyecto. En este caso, los estudiantes de los cuatro grupos de investigación trabajaron con sus asesores para lograr este descubrimiento.

“Los científicos e ingenieros se han dado cuenta recientemente de que algunos materiales, como los superconductores, tienen propiedades que pueden explotarse en aplicaciones en las ciencias de la energía e información cuántica, por ejemplo, procesamiento, registro, almacenamiento y comunicación”, escribe Wang en su resumen de investigación.

Informe de investigación: Control cuantitativo ligero de patrones continuos de Higgs en superconductores a base de hierro

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