Los científicos no dan crédito: se confirma un descubrimiento histórico que la física llevaba 65 años esperando

Durante décadas, un conjunto de predicciones formuladas por físicos teóricos permanecía sin confirmación experimental, a pesar de los continuos avances en instrumentación científica. Ahora, un experimento físico cuántico desarrollado en Dinamarca dio lugar a un descubrimiento histórico, que muchos consideraban improbable.

Una publicación alojada en una prestigiosa revista científica, sacó a la luz un método innovador que, lejos de seguir el camino habitual, permitió acceder a un fenómeno cuántico casi imposible de observar. El hallazgo abre nuevas rutas en la exploración de estados exóticos de la materia.

¿Cuál es el descubrimiento histórico que la ciencia lleva 65 años esperando?

En 1964, los físicos Caroli, de Gennes y Matricon teorizaron sobre la existencia de unos estados cuánticos especiales que deberían surgir dentro de los vórtices de ciertos materiales superconductores.

Aquella predicción, aunque fundamentada, quedó sin demostración directa. El desafío radicaba en la dificultad de distinguir estos estados frente a las limitaciones experimentales del momento, una barrera que se mantuvo durante más de seis décadas.

El obstáculo no era teórico, sino técnico. Las condiciones necesarias para observar directamente los llamados estados CdGM exigían una precisión energética que la tecnología convencional no podía alcanzar.

Ahora, investigadores del Instituto Niels Bohr han dado con un enfoque distinto, que permite estudiar este fenómeno cuántico sin necesidad de detectarlo en su forma original. El descubrimiento histórico no ha llegado por la vía directa, sino por una recreación controlada del escenario en que aparece.

¿Qué son los estados CdGM y por qué eran invisibles?

Los estados de Caroli–de Gennes–Matricon (CdGM) surgen en el núcleo de los vórtices cuánticos dentro de los superconductores tipo II. En este entorno, donde el material pierde temporalmente su capacidad superconductora, el comportamiento de las partículas obedece a reglas distintas de las habituales.

Estos estados reflejan cómo se organizan los electrones en situaciones de simetría rota y confinamiento extremo.

El principal impedimento para su detección fue el tamaño de la separación energética entre estos estados, una fracción ínfima comparada con las escalas estándar de los instrumentos actuales.

Según el artículo publicado en Physical Review Letters, la separación es del orden de Δ/EF, una magnitud que puede llegar a ser de una diezmilésima. Esto convierte su observación en una tarea prácticamente imposible dentro de materiales metálicos convencionales.

Vórtices artificiales: el as bajo la manga de los científicos de este estudio

Frente a la dificultad de observar los vórtices reales, el equipo del Instituto Niels Bohr optó por una estrategia distinta. En lugar de buscar el fenómeno en su entorno natural, fabricaron una estructura artificial que reproduce las condiciones necesarias para que aparezcan los estados cuánticos esperados.

Para ello, utilizaron nanocables de arseniuro de indio (InAs) cubiertos por una capa de aluminio, creando una carcasa superconductor-semiconductor de forma cilíndrica.

Aplicando un campo magnético axial a esta estructura, lograron inducir una deformación controlada en la fase superconductora. Este efecto simula la aparición de un vórtice artificial, permitiendo que emerjan análogos de los estados CdGM. En términos técnicos, se generaron singularidades de van Hove que actúan como réplicas accesibles de los estados cuánticos originales.

Además, este sistema permite ajustar parámetros como el grosor del recubrimiento o la intensidad del campo magnético, lo que ofrece un control total sobre el entorno cuántico simulado.

De esta forma, los investigadores pueden observar y modificar el comportamiento de estos estados, algo inviable en un superconductor real.

¿Qué es el efecto Little–Parks y cuál fue su papel en el experimento?

Uno de los aspectos clave del experimento es la confirmación del fenómeno mediante un comportamiento oscilante bien documentado: el efecto Little–Parks. Descubierto en 1962, este efecto muestra cómo la temperatura crítica de un superconductor varía de forma periódica al aplicarle un flujo magnético.

En el estudio danés, se detectó una estructura en lóbulos dentro de la brecha de energía superconductora del sistema, modulada por el campo magnético. En las zonas correspondientes a estos lóbulos, aparecieron estados dispersivos que encajan con las predicciones sobre los estados CdGM sintéticos.

La asimetría observada en estas formaciones refuerza aún más la veracidad del modelo. Según los investigadores, los espectros de conductancia obtenidos coinciden con los cálculos teóricos, confirmando que no se trata de artefactos experimentales.

Hacia nuevas plataformas cuánticas

Más allá del valor teórico del hallazgo, el descubrimiento histórico tiene implicaciones relevantes para la ingeniería de materiales cuánticos. La posibilidad de simular vórtices y estudiar los estados que emergen en ellos en un entorno controlado representa un avance importante.

En particular, estos sistemas podrían servir como plataformas para simuladores cuánticos híbridos, herramientas diseñadas para modelar sistemas físicos complejos.

En palabras del físico Saulius Vaitiekėnas, citado por artículos de divulgación, los estados no fueron el objetivo inicial del experimento, sino un resultado emergente del estudio de otras propiedades. Al identificar su naturaleza, comprendieron que podían representar una vía para desarrollar nuevas estrategias de control cuántico.

Un descubrimiento histórico e internacional: así alcanzaron lo inalcanzable

Este avance no ha sido obra de un único equipo, sino el resultado de una colaboración internacional que ha involucrado a investigadores en Dinamarca, España y Estados Unidos.

El desarrollo del modelo teórico se combinó con técnicas de nanofabricación como la deposición epitaxial de aluminio y el uso de puertas de voltaje para modular el potencial electrostático.

La precisión alcanzada en el diseño y construcción del sistema fue clave. Detalles como el grosor del aluminio o la orientación exacta del campo magnético han marcado la diferencia.

El experimento es un ejemplo de cómo la investigación en física cuántica se construye mediante pequeñas mejoras acumulativas que, con el tiempo, permiten confirmar predicciones que parecían inalcanzables.