A principios de la década de 1900, Ernest Rutherford disparó partículas alfa sobre láminas de oro y, a partir de sus propiedades de dispersión, concluyó que los átomos contienen su masa en un núcleo muy pequeño. Cien años más tarde, los científicos modernos llevaron ese concepto a un nuevo nivel, construyendo el GranHadron Collider en Suiza para aplastar protones entre sí, lo que llevó al descubrimiento del bosón de Higgs.
Sin embargo, lo que funcionó para partículas como el Higgs no se ha traducido en sólidos, hasta ahora. Los experimentos realizados por el físico de UCSB Mark Sherwin y un equipo internacional demuestran que los conceptos básicos de colisionador de la física de partículas pueden transferirse a la investigación del estado sólido.Sus hallazgos aparecen en la revista Naturaleza .
"En última instancia, este enfoque podría conducir a la aclaración de algunos de los enigmas más destacados de la física de la materia condensada", dijo el coautor Sherwin, director del Instituto de Ciencia y Tecnología de Terahercios de UCSB y profesor en el Departamento de Física ".Este es un concepto fundamentalmente nuevo que podría conducir a materiales modernos mejor diseñados. Nuestros resultados también pueden algún día proporcionar una mejor comprensión de las fases importantes de la materia, como las que se encuentran en los superconductores de alta temperatura ".
A pesar de que la tecnología moderna depende del conocimiento de las propiedades estructurales y electrónicas de los sólidos, en la investigación del estado sólido ha faltado un paralelo al colisionador de nivel atómico. Dentro de un sólido, los análogos más útiles de partículas como los protones se denominancuasipartículas. Piense en ellas de esta manera: si cada persona en un estadio muy grande es como un átomo en un sólido, entonces la audiencia que hace la "onda" es similar a una cuasipartícula.
Experimentos anteriores del grupo Sherwin en UCSB han creado cuasipartículas llamadas excitones - pares de electrones y huecos vacantes de electrones unidos por la fuerza eléctrica entre ellos - y los aceleró continuamente usando rayos láser que permanecen encendidos durante todo el proceso.Pero sin pulsos cortos de luz láser, los eventos de colisión reales no eran previamente observables como distintos destellos de luz.
Esta nueva investigación empleó una fuente láser única en el laboratorio de alto campo de terahercios en Regensburg, Alemania, que permitió a los investigadores observar directamente los eventos de colisión de cuasipartículas. Dado que la cuasipartícula existe durante un período de tiempo extremadamente corto, era crucial operaren escalas de tiempo ultracortas. Si un segundo se extendiera hasta la edad del universo, una cuasipartícula solo existiría durante unas pocas horas.
Los científicos produjeron colisiones dentro de los excitones en una fina capa de diselenuro de tungsteno. Una onda de luz del pulso de terahercios aceleró los electrones y los agujeros del excitón en un período más corto que una sola oscilación de la luz 1 terahercio significa 1 billón de oscilaciones por segundo.
El experimento demuestra que solo los excitones creados en el momento adecuado conducen a colisiones de agujeros de electrones, al igual que en los aceleradores convencionales. Sin embargo, este proceso de recolisión genera ráfagas de luz ultracortas que codifican aspectos clave del sólido. Estas observaciones de laboratorio han sido respaldadasy explicado por una simulación mecánica cuántica realizada por coautores en la Universidad de Marburg en Alemania.
"Estos experimentos de colisión resueltos en el tiempo en un sólido demuestran que los conceptos básicos de colisionadores que han transformado nuestra comprensión del mundo subatómico pueden transferirse de la física de partículas a la investigación del estado sólido", dijo Sherwin. "También arrojan nueva luz sobrecuasipartículas y excitaciones de muchos cuerpos en sistemas de materia condensada ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Original escrito por Julie Cohen. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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