Un equipo de científicos ha descubierto una nueva partícula (o excitación cuántica) anteriormente teorizada y conocida como modo axial de Higgs, un 'pariente' magnético de la partícula del Bosón de Higgs que define la masa, según el estudio publicado el miércoles (08.06.2022) por la revista Nature.

Hace 10 años se detectó el largamente buscado Bosón de Higgs, que se convirtió en algo fundamental para la comprensión de la masa. A diferencia de su progenitor, el modo axial de Higgs tiene un momento magnético, y eso requiere una forma más compleja de la teoría para explicar sus propiedades, explicó el coautor de la investigación, Kenneth Burch.

Las teorías que predecían la existencia de esta partícula han sido invocadas para explicar la "materia oscura", el material casi invisible que compone gran parte del universo, pero que solo se revela a través de la gravedad, apuntó Burch.

Una partícula estudiada "sobre la mesa"

Mientras que el Bosón de Higgs se reveló mediante experimentos en un colisionador de partículas masivo, el equipo se centró en el triteluro de tierras raras (RTe3), un material cuántico bien estudiado que puede examinarse a temperatura ambiente en un formato experimental al alcance de la mano: "No todos los días se encuentra una nueva partícula sobre la mesa", detalló Burch.

Los investigadores se centraron en este compuesto conocido desde hace tiempo por poseer una "onda de densidad de carga", es decir, un estado en el que los electrones se autoorganizan con una densidad que es periódica en el espacio.

La teoría fundamental de esta onda imita los componentes del modelo estándar de la física de partículas. Sin embargo, en este caso, la onda de densidad de carga es bastante especial, emerge muy por encima de la temperatura ambiente e implica la modulación tanto de la densidad de carga como de las órbitas atómicas. Esto permite que el Bosón de Higgs asociado a esta onda de densidad de carga tenga componentes adicionales, concretamente podría ser axial, lo que significa que contiene momento angular.

¿En qué consistió el experimento?

El equipo utilizó la dispersión de la luz, en la que se hace brillar un láser sobre el material y puede cambiar el color, así como la polarización. El cambio de color se debe a que la luz crea el Bosón de Higgs en el material, mientras que la polarización es sensible a los componentes de simetría de la partícula.

Además, mediante la elección adecuada de la polarización incidente y saliente, la partícula podría crearse con diferentes componentes, como uno ausente de magnetismo, o un componente apuntando hacia arriba. Aprovechando un aspecto fundamental de la mecánica cuántica, utilizaron el hecho de que para una configuración, estos componentes se cancelan. Sin embargo, para una configuración diferente se suman.

"De este modo, pudimos revelar el componente magnético oculto y probar el descubrimiento del primer modo axial de Higgs", resumió Burch.

Un hallazgo "completamente sorprendente"

"La detección del Higgs axial se predijo en la física de partículas de alta energía para explicar la materia oscura. Sin embargo, nunca se ha observado. Su aparición en un sistema de materia condensada fue completamente sorprendente y anuncia el descubrimiento de un nuevo estado de simetría rota que no se había predicho", añadió el especialista.

Según apunta, "a diferencia de las condiciones extremas que suelen requerirse para observar nuevas partículas, esto se hizo a temperatura ambiente en un experimento de mesa en el que logramos el control cuántico del modo con sólo cambiar la polarización de la luz", concluyó Burch.

JU (dpa, nature.com)