Se ha observado por primera vez el orbitón en un aislante Mott unidimensional

En un medio unidimensional un electrón se comporta como si fuera la superposición de tres cuasipartículas que se mueven de forma independiente; cada una de ellas está asociada a sus números cuánticos de espín, carga y momento angular, por ello se llaman espinón, cargón (u holón) y orbitón. Hace 15 años se observaron el espinón y el cargón; hoy se publica en Nature la primera observación del orbitón. Schlappa y sus colegas han observado orbitones en un óxido de cobre (Sr2CuO3) que contiene cadenas unidimensionales de moléculas de óxido de cobre (CuO3); los electrones de valencia pueden residir en las capas electrónicas de tipo 3d de los átomos de cobre centrales de la cada molécula. En un átomo libre hay cinco orbitales 3d, todos degenerados (todos con la misma energía), pero mediante iluminación por rayos X se puede lograr que se rompa esta degeneración. Si la irradiación es la adecuada, Schlappa y sus colegas han mostrado que los estados resultantes se dividen en dos fragmentos independientes, que se mueven en direcciones opuestas. Cuando se comparan sus propiedades con las estimaciones teóricas (desarrolladas hace más de 10 años) se observa que uno se porta como un espinón y el otro como un orbitón. Este último es la primera vez que se observa de forma clara e indiscutible. ¿Para qué pueden servir los orbitones? Se cree que estas cuasipartículas que solo existen en medios unidimensionales podrán tener aplicaciones en microelectrónica de alta integración permitiendo el desarrollo de cables integrados formados por un ristra de átomos (cuyo comportamiento está regido por las leyes de la física cuántica). Nos lo ha contado Ralph Claessen, “Solid-state physics: Electrons do the split,” Nature, Published online 18 April 2012, que se hace eco del artículo técnico de J. Schlappa et al., “Spin–orbital separation in the quasi-one-dimensional Mott insulator Sr2CuO3,” Nature, Published online 18 April 2012.

PS: Zeeya Merali, “Not-quite-so elementary, my dear electron. Fundamental particle ‘splits’ into quasiparticles, including the new ‘orbiton’,” Nature News, 18 April 2012.

3 pensamientos en “Se ha observado por primera vez el orbitón en un aislante Mott unidimensional

  1. Debo admitir que llevo mas de un año escuchando hablar del concepto de cuasiparticula, y doy cuenta que debo darme el trabajo de entender bien dicho concepto, lo que se observa es el comportamiento colectivo de muchos cuerpos porque de observarse como evidencia puntual pasaría a ser partícula, lo cual estoy seguro que no es. Entonces cuando se habla que “uno se porta como un espinón y el otro como un orbitón” es cuando se hace análisis que se comporta como si el electrón estuviera subdividido y ese “uno” en realidad es “uno” solo si son “muchos”, lamento el off topic.

    • Hector04, ¿qué es una partícula? Una fluctuación localizada de un campo que cumple ciertas propiedades. Un electrón es un fluctuación del “campo electrón” (que tiene 4 componentes divididas en dos parejas) localizada en cierta región del espacio (del tamaño de su longitud de Compton que depende de la energía de la fluctuación) y cuya energía (E) y momento (p) según el tensor energía-momento del campo cumple la famosa ecuación de Einstein E^2=(p c)^2+(m c^2)^2; qué es un electrón virtual, lo mismo pero sin cumplir dicha ecuación. El concepto “clásico” de partícula puntual con una función de onda asociada solo es aplicable para fluctuaciones del “campo electrón” con p=0. El vacío corresponde a las soluciones con E=0 y p=0.

      ¿Qué es una cuasipartícula? Hay muchos campos “efectivos” (que no son campos “fundamentales,” que no pertenecen al modelo estándar de las partículas elementales). Estos campos efectivos tienen fluctuaciones y muchas de ellas se comportan como partículas. Normalmente se usa el término cuasipartícula para estas “partículas” pero desde el punto de vista cuántico no hay ninguna diferencia entre una partícula y una cuasipartícula, pues lo fundamental (lo que realmente existe) son los campos, y no hay diferencia en física cuántica entre un campo efectivo y uno fundamental (de hecho mucha gente cree que los campos del modelo estándar son campos efectivos de una teoría fundamental unificada).

      Mucha gente tiene en mente que un partícula es un “puntito” del espaciotiempo con ciertas propiedades (números cuánticos), pero esta visión clásica hay que desterrarla pues no tiene nada que ver con la realidad (aunque se use en la teoría de los campos clásicos antes de su cuantización y mucha gente se olvide de lo que significa realmente cuantizar un campo).

      Espero haber aclarado algo este asunto sutil. Algún día escribiré una entrada detallada sobre este asunto… ahora no tengo tiempo.

  2. Nadie duda de que los fotones son partículas, ni que son ondas, al igual que los electrones son ondas y son partículas.
    Si miramos al fotón, vemos que es una onda, de qué, si pensamos que es una onda que se transmite en el espacio vacío, el medio de propagación es el espacio, por lo tanto es una onda espacio. Si pensamos que una onda es una deformación del medio en que se propaga, el fotón es una deformación del espacio, y lo de partícula es la cualidad de que por tener la velocidad “c”, para el observador, su tiempo es cero, por lo tanto es una onda que no se expande (dispersa), como las olas de un estanque, sino que se forma y sigue siendo una onda de acuerdo a la ecuación de Schrödinger. Esa es la cualidad de partícula, una onda que no se dispersa, no de una pelotita compacta (física clásica).

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