¿Qué le ocurre a la materia en el cero absoluto? Spoiler: deja de seguir las reglas

Un grupo de científicos de las principales universidades del mundo se ha acercado a resolver uno de los enigmas más intrigantes de la física cuántica. Su trabajo, publicado en Science Advances, revela la naturaleza de los puntos críticos cuánticos de deconfinamiento, fenómenos que no encajan en las concepciones tradicionales sobre las fuerzas fundamentales del universo.

El equipo de investigación fue dirigido por el profesor Zi Yang Meng y su estudiante de doctorado Menghan Sun de la Universidad de Hong Kong. Al proyecto se unieron expertos de destacados centros científicos: la Universidad China de Hong Kong, Yale, la Universidad de California en Santa Bárbara, así como institutos alemanes como la Universidad del Ruhr en Bochum y la Universidad Técnica de Dresde.

Los fenómenos naturales cotidianos no sorprenden a nadie: el hielo se derrite y se convierte en agua, el agua hierve y se transforma en vapor. Estas metamorfosis obedecen a las leyes de la termodinámica. Sin embargo, a la temperatura del cero absoluto (-273,15 °C) se revela otra realidad. En estas condiciones, los cambios de estado de la materia ya no son provocados por procesos térmicos, sino por fluctuaciones microscópicas de partículas: las fluctuaciones cuánticas.

Durante mucho tiempo, la teoría fundamental de Landau sirvió como clave para comprender las transformaciones cuánticas. Según esta concepción, las micropartículas pueden existir en dos estados: formando estructuras ordenadas (como los átomos en un cristal) o en un estado caótico (como las moléculas en un gas). Entre estas fases existe un punto crítico especial donde se produce una sorprendente transformación.

Pero los puntos cuánticos de deconfinamiento destruyen estas ideas tradicionales. No se manifiestan en la transición entre orden y desorden, sino entre diferentes tipos de configuraciones ordenadas. Imagine dos redes cristalinas: en cada una, las micropartículas están organizadas según un principio determinado, pero las reglas de organización son distintas. En la zona de deconfinamiento entre ellas surge un estado único de la materia, donde las partículas elementales se liberan de las interacciones habituales y adquieren la capacidad de existir independientemente unas de otras. Es como si los átomos en un sólido perdieran de repente sus vínculos rígidos, sin convertirse en un gas caótico, sino formando una nueva clase de materia organizada.

¿Suena demasiado abstracto? Lo es, para bien o para mal. En busca de respuestas, los especialistas recurrieron al concepto de entropía de entrelazamiento. A nivel cuántico, los microobjetos forman correlaciones únicas: cualquier cambio en las características del primer elemento afecta instantáneamente al segundo, incluso si están separados por años luz. El grado de estas misteriosas conexiones puede medirse con precisión, lo que permitió registrar la profundidad y el alcance de los procesos en diferentes zonas del sistema analizado. Al observar desviaciones respecto a las predicciones teóricas, los científicos concluyeron que se trata de un nuevo tipo de metamorfosis cuántica. El análisis detallado de las anomalías proporcionó una prueba matemática: en determinadas condiciones, la materia puede existir en un estado especial que combina el orden estructural con una sorprendente dinámica interna.

En la investigación también se utilizó el algoritmo de Monte Carlo, un método computacional que permite modelar patrones complejísimos mediante la selección aleatoria repetida de parámetros. Con su ayuda, se analizó la dinámica de micropartículas en estructuras teóricas: redes cuadradas con simetría SU(N), donde el índice N determina el número de posibles estados cuánticos de cada elemento.

A bajos valores de N, el entrelazamiento se desviaba de los cálculos teóricos siguiendo una dependencia logarítmica, como si desafiara las leyes físicas conocidas. Pero el descubrimiento principal estaba por llegar.

El análisis matemático identificó un valor umbral de N, más allá del cual el carácter de las interacciones se transformaba radicalmente. Después de ese límite, las micropartículas comenzaban a obedecer las leyes de simetría conforme: las barreras entre estados desaparecían y el micromundo mostraba una plasticidad sorprendente.

Estas sustancias podrían sentar las bases de sistemas de computación radicalmente nuevos, con capacidades que superen las de los ordenadores actuales. El estudio de los fenómenos de deconfinamiento también acerca el desarrollo de materiales superconductores a alta temperatura.

En definitiva, puede decirse que este trabajo abre una nueva página en nuestra comprensión del mundo cuántico. Al adentrarse cada vez más en los misterios del micromundo, los investigadores no solo amplían los horizontes de la ciencia fundamental, sino que también sientan las bases de soluciones innovadoras, desde la energía hasta la medicina.