Una idea de 1931
En 1931 el físico Hans Bethe propuso que las partículas en ciertos sistemas cuánticos unidimensionales podían unirse en estados colectivos. Esos estados luego tomaron su nombre. A diferencia de las moléculas, las cuerdas de Bethe no están unidas por enlaces químicos. Las partículas permanecen ligadas por la forma en que interactúan, y los estados solo pueden existir en una dimensión.
Durante casi un siglo fueron principalmente una idea teórica. Un equipo de la Universidad de Innsbruck ahora los ha creado y detectado en un gas de átomos ultrafríos, trabajando con grupos teóricos de la Universidad de Ámsterdam y la Universidad Técnica de Múnich. El trabajo fue publicado en Nature Communications.
Átomos fríos en tubos estrechos
El experimento, dirigido por Hanns-Christoph Naegerl, comenzó con una nube de átomos de cesio enfriada a unas pocas milmillonésimas de grado del cero absoluto. Los investigadores luego separaron la nube en varios miles de tubos muy estrechos. Dentro de cada tubo los átomos solo pueden moverse en una dirección, lo que crea el entorno unidimensional que las cuerdas necesitan.
El equipo también puede ajustar con qué fuerza interactúan los átomos. Cuando cambiaron las interacciones de repulsivas a atractivas, los átomos se unieron. En lugar de colapsar en un solo grupo, formaron estados ligados de varios tamaños diferentes, y algunos de los grupos más grandes contenían seis o más partículas.
Colisiones que dejan las cuerdas intactas
La parte difícil fue demostrar que las partículas estaban verdaderamente ligadas. Una prueba dejó que las cuerdas se expandieran mientras seguían confinadas en sus tubos. Al expandirse, las cuerdas se encontraron y colisionaron, pero las estructuras ligadas sobrevivieron. "Esta es una característica notable de las cuerdas: pueden colisionar sin desintegrarse", dijo la autora principal Milena Horvath.
Una segunda prueba eliminó el confinamiento y dejó que los átomos se dispersaran por el espacio tridimensional. Como las cuerdas de Bethe solo existen en una dimensión, los estados ligados se rompieron, y la energía que los mantenía unidos se convirtió en movimiento. Los átomos entonces se dispersaron más rápido, y esa energía adicional dio a los investigadores una señal clara de las cuerdas.
El grupo afirma que el sistema ofrece una nueva plataforma controlable para estudiar la física cuántica de muchos cuerpos. Las cuerdas de Bethe se habían visto antes en imanes de estado sólido, pero los átomos fríos permiten a los investigadores ajustar la geometría, la densidad y la fuerza de interacción con alta precisión.