Los investigadores han descubierto un nuevo tipo de pariente de Higgs en los lugares más inverosímiles

A veces, descubrir nueva física requiere niveles insanos de energía. Gran equipo. Equipo de lujo. Incontables horas revisando toneladas de datos.

Y luego, a veces, la combinación correcta de materiales puede abrir una puerta a reinos invisibles en un espacio un poco más grande que una mesa.

Tome este nuevo tipo de padre del bosón de Higgs, por ejemplo. Se encontró escondido en una pieza de cristales de telurio en capas a temperatura ambiente. A diferencia de su famoso primo, tampoco tomó años romper partículas para detectarlo. Solo un uso inteligente de algunos láseres y un truco para desentrañar las propiedades cuánticas de sus fotones.

«No todos los días encuentras una nueva partícula en tu mesa», cube Kenneth Burch, físico del Boston Faculty y coautor principal del estudio que anuncia el descubrimiento de la partícula.

Burch y sus colegas vieron lo que se llama un modo de Higgs axial, una agitación cuántica que técnicamente califica como un nuevo tipo de partícula.

Al igual que tantos descubrimientos en física cuántica, observar los comportamientos cuánticos teóricos en acción nos acerca a descubrir posibles grietas en el modelo estándar e incluso nos ayuda a concentrarnos en resolver algunos de los grandes misterios restantes.

«La detección axial de Higgs se ha predicho en la física de partículas de alta energía para explicar la materia oscura», cube Burch.

«Sin embargo, nunca se ha observado. Su aparición en un sistema de materia condensada es bastante sorprendente y anuncia el descubrimiento de un nuevo estado de simetría rota que no había sido predicho».

Han pasado 10 años desde que los investigadores del CERN identificaron formalmente el bosón de Higgs en medio de la matanza de colisiones de partículas. Esto no solo puso fin a la búsqueda de la partícula, sino que cerró vagamente la última caja del modelo estándar: el zoológico de partículas basic que es el complemento pure de los ladrillos y el mortero.

Con el descubrimiento del campo de Higgs, finalmente pudimos confirmar nuestra comprensión de cómo los componentes del modelo ganaban masa en reposo. Fue una gran victoria para la física, la que todavía usamos para comprender la mecánica interna de la materia.

Mientras que una sola partícula de Higgs existe por solo una fracción de segundo, es una partícula en el sentido más verdadero, brilló brevemente en la realidad como una excitación discreta en un campo cuántico.

Sin embargo, existen otras circunstancias en las que las partículas pueden conferir masa. Una ruptura en el comportamiento colectivo de una oleada de electrones llamada onda de densidad de carga, por ejemplo, sería suficiente.

Esta versión del «monstruo de Frankenstein» de Higgs, llamada modo Higgs, también puede aparecer con rasgos que no se ven en su primo menos fragmentado, como un grado finito de momento angular (o giro).

Un modo spin-1 o Higgs axial no solo hace un trabajo comparable al bosón de Higgs en circunstancias muy específicas, sino que (y cuasipartículas similares) podría proporcionar bases interesantes para estudiar la masa oscura de la materia oscura.

Como cuasipartícula, el modo axial de Higgs solo puede verse emergiendo de los comportamientos colectivos de una multitud. Detectarlo requiere conocer su firma en medio de una avalancha de ondas cuánticas y luego tener una forma de sacarlo del caos.

Al enviar haces de luz perfectamente coherentes desde dos láseres a través de dicho materials y luego monitorear patrones reveladores en su alineación, Burch y su equipo descubrieron el eco de un modo axial de Higgs en capas de tritellurida de tierras raras.

«A diferencia de las condiciones extremas que normalmente se requieren para observar nuevas partículas, esto se hizo a temperatura ambiente en un experimento de mesa en el que obtenemos el management del modo cuántico simplemente cambiando la polarización de la luz», cube Burch.

Es posible que muchas más partículas de este tipo surjan del enredo de partes del cuerpo que constituyen materiales cuánticos exóticos. Tener una forma de ver fácilmente sus sombras a la luz de un láser podría revelar toda una letanía de nueva física.

Esta investigación fue publicada en La naturaleza.

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