Extraña teoría física demostrada tras casi 40 años

Cuando el físico Vitaly Efimov escuchó que su teoría había sido finalmente demostrada, corrió hacia el científico más joven que la había verificado y chocó los cinco con él.

Efimov había predicho una versión mecánico-cuántica de los anillos borromeanos, un símbolo que fue mostrado por primera vez en el arte afgano budista alrededor del siglo segundo. El símbolo describe tres anillos unidos entre sí; si se separa un anillo, el resto también.

Efimov teorizó un análogo a los anillos usando partículas: Tres partículas (tales como átomos o protones o incluso quarks) podrían unirse para formar un estado estable, incluso aunque ninguno de ellos pudiese unirse sin el tercero. El físico propuso por primera vez la idea, basándose en una prueba matemática, en 1970. Desde entonces, nadie ha sido capaz de demostrar el fenómeno en el laboratorio – hasta ahora.

Un equipo de físicos liderado por Randy Hulet de la Universidad de Rice en Houston finalmente logró el trío de partículas, y publicó sus hallazgos en la revsta on-line Science Express.

“Es muy emocionante, debido a que tras 40 años de que se hizo esta predicción, finalmente se ha verificado”, dijo Hulet a LiveScience.

Hulet presentó su trabajo en una reunión en Roma en octubre a la que también asistió Efimov.

“Me chocó los cinco tras mi charla”, recuerda Hulet. “Estaba muy entusiasmado y emocionado de ver que su predicción se hacía realidad”.

Efimov había calculado que el triplete de partículas era posible, y que era repetitivo: Podrían lograrse nuevos estados ligados en niveles de energía cada vez mayores en una progresión infinita. Todos los estados ligados tendrían lugar a niveles de energía múltiplos de 515.

Para demostrar que realmente había creado los tríos, conocidos como trímeros de Efimov, los investigadores produjeron un conjunto de tres átomos de litio ligados, y entonces lo reprodujeron con un enlace de energía 515 veces mayor que la primera. (Básicamente, la energía de enlace indica cómo de apretadas están las partículas unas respecto a otras, y cuánta energía se necesitaría para separarlas).

Los investigadores usaron una configuración conocida como resonancia Feshbach que les permitía seleccionar los niveles de energía de sus átomos. Encontraron que cuando lograban múltiplos de 515, las partículas se unían, pero a otras energías no, demostrando que los tríos eran realmente trímeros de Efimov.

“Es un efecto realmente sorprendente”, dijo Hulet. “Mucha gente no creía [a Efimov] al principio. Fue una predicción muy extraña”.

La teoría es única debido a que es una solución a un caso especial de lo que se conoce como problema “de los tres cuerpos”. Los científicos han resuelto el problema de “los dos cuerpos” – es decir, han calculado cómo deberían moverse dos cuerpos exactamente basándose en sus posiciones iniciales, masas y velocidades. Los científicos también pueden calcular este escenario para muchas masas, pero una solución general pura para el problema de los tres cuerpos ha sido esquiva.

“Los físicos pueden manejar el problema de los dos cuerpos muy bien, y los problemas de muchos cuerpos bastante bien, pero cuando son sólo unos pocos objetos, como tres en estos trímeros de Efimov, simplemente hay demasiadas variables”, dijo Hulet.

El cálculo de Efimov no es la solución al caso general, sino la solución a un caso específico de los tres cuerpos. Así pues, descubrir un ejemplo real de tres partículas que cumplan su predicción es un importante paso para saber más sobre la física de pocos cuerpos.