Los superconductores son uno de los materiales más interesantes descubiertos en el último siglo. Se utiliza para construir tomógrafos médicos, detalles cruciales de aceleradores de partículas y computadoras cuánticas. Sin embargo, incluso cien años después del descubrimiento de la superconductividad, entendemos sus mecanismos microscópicos solo en los casos más simples.

Hallazgos recientes han sugerido que es posible que los electrones se condensen de forma cuádruple, y un físico del Royal Institute of Technology de KTH, Egor Babaev, acaba de publicar la primera evidencia experimental de este efecto cuadriplicado y el mecanismo por el que ocurre este estado de la materia. Sus resultados han sido publicados en la revista Nature Physics.

En su trabajo, Egor Babaev y su equipo presentaron evidencia de que el fermión se cuadruplica en una serie de mediciones experimentales en el material a base de hierro, Ba1 − xKxFe2As2. Los resultados tienen lugar casi 20 años después de que Babaev predijera por primera vez este tipo de fenómeno, y ocho años después de que publicara un artículo que predice que podría ocurrir en dicho material.

Lo que permite el estado cuántico de superconductividad es el emparejamiento de electrones, que es la tecnología que se utiliza en escáneres de resonancia magnética y computación cuántica. El superconductor como nuevo estado de la materia nace cuando las corrientes de pares de electrones ya no se dispersan por defectos y obstáculos y un conductor puede perder toda la resistencia eléctrica.

Ocurre dentro de un material como resultado de la unión de dos electrones en lugar de repelerse entre sí, como lo harían en el vacío. Este fenómeno le valió el Premio Nobel de Física en 1972 a Leon Cooper, John Bardeen y John Schrieffer.

Eso sí, la teoría de Bardeen-Cooper-Schrieffer no permitía el estado de cuadriplicación de fermiones, no podía darse tal comportamiento, por lo que cuando el colaborador experimental de Babaev en Technische Universtät Dresden, Vadim Grinenko, encontró en 2018 los primeros signos de un fermión que cuadruplicaba el condensado, desafiando años de acuerdo científico prevalente.

Y es que solo en los últimos años se ha aceptado ampliamente la idea teórica de los condensados ​​de cuatro fermiones.

Varios años de experimentación e investigación en laboratorios de múltiples instituciones fueron los pasos siguientes para validar el hallazgo.

Babaev dice que la clave entre las observaciones realizadas es que los condensados ​​cuádruples fermiónicos rompen espontáneamente la simetría de inversión del tiempo. En física, la simetría de inversión del tiempo es una operación matemática que reemplaza la expresión del tiempo con su negativo en fórmulas o ecuaciones para que describan un evento en el que el tiempo corre hacia atrás o todos los movimientos se invierten. Si uno invierte la dirección del tiempo, las leyes fundamentales de la física aún se mantienen.

“Sin embargo, en el caso de un condensado de cuatro fermiones que informamos, la inversión de tiempo lo pone en un estado diferente”, explica el experto. “Probablemente se necesitarán muchos años de investigación para comprender completamente este estado. Los experimentos abren una serie de nuevas preguntas, revelando una serie de otras propiedades inusuales asociadas con su reacción a gradientes térmicos, campos magnéticos y ultrasonido que aún deben entenderse mejor”.