Estos nanoimanes levitan gracias a la mecánica cuántica

^{Los estudios de nanoimanes en condiciones inestables podrían conducir al descubrimiento de fenómenos cuánticos exóticos. /Universidad de Innsbruck}

En 1842, el matemático británico Samuel Earnshaw demostró que no hay una configuración estable de levitación de imanes permanente: es decir, si un imán levita sobre otro, la perturbación más pequeña hará que el sistema se bloquee. El levitrón, el popular juguete de los años 90, elude el teorema de Earnshaw y, cuando se altera, el movimiento giratorio causa una corrección del sistema y se mantiene la estabilidad. Por su parte, Albert Einstein y el físico holandés Wander Johannes de Haas descubrieron en 1915 que el magnetismo es el resultado de los principios de la mecánica cuántica: el momento angular cuántico de los electrones, o el llamado espín electrónico.

Ahora, investigadores del Instituto de Física Teórica de la Universidad de Innsbruck, y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia de Ciencias (Austria) en colaboración con el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Munich (Alemania), han encontrado que el giro de electrones permite la levitación estable de un solo nanoimán en un campo magnético estático, lo que sería imposible según el clásico teorema de Earnshaw. Y su investigación, descrita en dos artículos en Physical Review Letters y Physical Review B, ha demostrado que los nanoimanes pueden ser levitados de forma estable en un campo magnético estático externo debido a principios mecánicos cuánticos. Además, han determinado que el momento angular cuántico de los electrones, que Einstein y de Haas determinaron hace más de un siglo que también causa magnetismo, es responsable de este mecanismo.

Los físicos teóricos llevaron a cabo análisis integrales de estabilidad en función del radio del objeto y la fuerza del campo magnético externo. Los resultados mostraron que, en ausencia de disipación, aparece un estado de equilibrio. Este mecanismo se basa en el efecto giromagnético: cuando se produce un cambio en la dirección del campo magnético, se produce un momento angular debido a que el momento magnético se acopla con el giro de los electrones. "Las propiedades mecánicas cuánticas que no son perceptibles en el mundo macroscópico pero que influyen fuertemente en los nanoobjetos son responsables de este fenómeno", cuenta en un comunicado de la universidad austriaca el líder de la investigación, Oriol Romero-Isart.

El equipo se muestra optimista respecto a que estos nanoimanes levitados pronto puedan ser observados experimentalmente y ya han hecho sugerencias sobre cómo se podría lograr esto en condiciones realistas. Los estudios de nanoimanes en condiciones inestables podrían conducir al descubrimiento de fenómenos cuánticos exóticos. Además, los nanoimanes levitados también son de gran interés para aplicaciones técnicas, por ejemplo, para desarrollar sensores de alta precisión.

Parece que las aplicaciones de la física cuántica formarán parte de nuestra vida cotidiana en menos tiempo de lo que nos imaginamos. La comunicación cuántica, por ejemplo, es la encriptación definitiva. También conocida como teleportación cuántica, promete una transmisión de mensajes protegidos de los ojos indiscretos. La teleportación cuántica se basa en la idea de enlazamiento cuántico: dos partículas están unidas de modo que lo que suceda a una afectará automáticamente a la otra, sin importar lo separadas que estén (por motivos que aún la ciencia no logra dilucidar del todo). A través de ese mecanismo, los científicos ya hanteletransportado información a través de grandes distancias mediante fibra óptica, e incluso desde el espacio exterior: a principios de este año, un equipo de investigadores chinos fue capaz de usar este fenómeno para teletransportar información a un satélite en órbita terrestre a través de más de 500 km. Ahora, científicos chinos han enviado con éxito información entre partículas enlazadas a través de agua de mar, siendo la primera vez que este tipo de comunicación cuántica se ha logrado bajo el agua. 

Beatriz de Vera
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