Madrid. Un físico de la Universidad de Rice demostró matemáticamente la posible existencia de partículas que durante mucho tiempo se han considerado imposibles.

Desde los primeros días de la mecánica cuántica, los científicos han pensado que todas las partículas pueden clasificarse en uno de dos grupos: bosones o fermiones, en función de su comportamiento.

Sin embargo, la nueva investigación del profesor Kaden Hazzard y del ex estudiante de posgrado de Rice Zhiyuan Wang muestra la posibilidad de que existan partículas que no sean ni bosones ni fermiones. Su estudio se ha publicado en Nature.

Hemos determinado que son posibles nuevos tipos de partículas que nunca antes habíamos conocido, dijo Hazzard, profesor asociado de física y astronomía.

La mecánica cuántica ha sostenido durante mucho tiempo que todas las partículas observables son fermiones o bosones. Estos dos tipos de partículas se distinguen por cómo se comportan cuando están cerca de otras en un estado cuántico determinado.

Teoría cuántica

Este comportamiento es el origen de toda la estructura de la tabla periódica, señaló Hazzard. También es la razón por la que no atravesamos la silla cuando nos sentamos.

En las décadas de 1930 y 1940, los investigadores trataron de comprender si podían existir otros tipos de partículas. En 1953 se formuló una teoría cuántica concreta de las parapartículas, que fue estudiada por la comunidad de físicos. Sin embargo, en 1970, los estudios matemáticos parecieron demostrar que las llamadas parapartículas eran en realidad bosones o fermiones disfrazados. La única excepción fue la existencia de los aniones, un tipo exótico de partícula que existe sólo en dos dimensiones.

Materia condensada

Sin embargo, las teorías matemáticas de la década de 1970 y posteriores se basaban en suposiciones que no siempre son ciertas en los sistemas físicos. Utilizando una solución a la ecuación de Yang-Baxter, que es útil para describir el intercambio de partículas, junto con la teoría de grupos y otras herramientas matemáticas, Hazzard y Wang se pusieron a trabajar para demostrar que las parapartículas podrían existir teóricamente y ser compatibles con las limitaciones conocidas de la física.

Los investigadores se centraron en las excitones, que pueden considerarse partículas, en sistemas de materia condensada como los imanes para proporcionar un ejemplo concreto de cómo pueden surgir las parapartículas en la naturaleza.

Se trata de una investigación interdisciplinaria que involucra varias áreas de la física teórica y las matemáticas, indicó Wang.

Al usar matemáticas avanzadas, teoría de representación, así como un método pictórico basado en diagramas de redes tensoriales para manejar mejor las ecuaciones, Hazzard y Wang realizaron cálculos algebraicos abstractos con el fin de desarrollar modelos de sistemas de materia condensada donde surgen parapartículas.

Mostraron que, a diferencia de los fermiones o los bosones, las parapartículas se comportan de maneras extrañas cuando intercambian sus posiciones con los estados internos de las partículas que se transmutan durante el proceso.

Si bien son innovadores por sí mismos, estos modelos son el primer paso hacia una mejor comprensión de muchos fenómenos físicos nuevos.