La idea tiene algo de ciencia ficción: separar dos partículas hasta que la energía acumulada entre ellas dé lugar a otras nuevas. Es lo que ocurre, bajo ciertas condiciones, con los quarks, los componentes de protones y neutrones. Un equipo encabezado por investigadores de la Universidad de Duke acaba de reproducir un proceso semejante en un simulador cuántico. ¿Significa que hemos aprendido a crear materia?

La respuesta corta es que ya sabemos hacerlo, aunque no como sugiere esa imagen. En los aceleradores de partículas, la energía de las colisiones da lugar a partículas que no estaban antes. El CERN incluso produce antiprotones y átomos de antihidrógeno para estudiarlos. En realidad no estamos creando algo de la nada: la energía pasa a formar parte de la masa de las nuevas partículas, conforme a la conocida relación de Einstein, E=mc^2. Las cantidades obtenidas son diminutas: son útiles para investigar las propiedades de las partículas, pero no para fabricar materia en cantidades aprovechables.

El estudio de Duke aborda otra pregunta: ¿podemos seguir de cerca el mecanismo por el que aparecen esas partículas? Para entenderla hay que imaginar dos quarks unidos por el campo de la fuerza que los mantiene ligados. Al separarlos, la energía de ese campo aumenta.

En ese proceso, puede llegar un punto en que resulte posible formar un nuevo par quark-antiquark: el vínculo original se rompe y surgen otras combinaciones de partículas. Los físicos llaman a este fenómeno ruptura de cuerdas. El artículo científico parte de ese problema, especialmente difícil de describir mientras está ocurriendo.

En el laboratorio, los investigadores utilizaron una cadena de 13 iones atrapados y dirigieron haces láser sobre ellos para controlar cómo interactuaban. Ajustaron esas interacciones de modo que los cambios observados en la cadena representaran, dentro de un modelo simplificado, la aparición de cargas y la ruptura del vínculo que las une. No eran quarks reales ni se creó materia nueva: los iones permitieron reproducir un proceso análogo para estudiarlo.

La observación más interesante fue el lugar en el que empezaba la ruptura. Al alterar bruscamente las condiciones del sistema, los pares de cargas surgieron cerca de los extremos de la cuerda simulada. Cuando aumentaba su tensión, se propagaban hacia el centro.

Los autores consideran que ese comportamiento difiere del mecanismo convencional que esperaban para la formación de pares en el interior. Es un resultado sobre la evolución de este modelo, no una demostración de que los quarks reales se comporten siempre así.

Esa distinción importa también al hablar del Big Bang. La física de las partículas y de sus interacciones ayuda a investigar el universo temprano, pero este experimento no lo ha recreado. Su teoría funciona en una dimensión espacial y es mucho más sencilla que la que describe la fuerza fuerte en la naturaleza.

Vista de cerca de una trampa de iones de superficie, el tipo de tecnología de computación cuántica utilizada en este estudio. / Universidad de Duke

Además, sus resultados pudieron contrastarse mediante cálculos clásicos: el simulador cuántico permitió observar, paso a paso, cómo aparecían las cargas del modelo cerca de los extremos de la «cuerda» y cómo avanzaban hacia el centro al aumentar su tensión.

Los investigadores compararon esa evolución con cálculos hechos en ordenadores convencionales y obtuvieron resultados concordantes. La aportación cuántica, por ahora, está en poder observar y controlar el proceso, no en haber resuelto un problema que esos ordenadores no podían calcular.

Entonces, ¿qué poder estamos alcanzando? No el de producir materia a voluntad. El avance consiste en preparar un sistema cuántico, ajustar sus reglas y observar paso a paso cómo se forman y se mueven las cargas en una versión controlada del problema.

Si estos simuladores llegan a representar teorías más próximas a la realidad, podrán ayudarnos a entender mejor algo que los aceleradores ya hacen posible, pero cuyo desarrollo íntimo todavía cuesta calcular: la aparición de nuevas partículas a partir de energía.

Fuente: Levante - EMV