Este descubrimiento podría allanar el camino para experimentos cuánticos completamente nuevos y profundizar nuestra comprensión de las reglas que rigen la realidad misma
Los científicos podrían haber descubierto una nueva clase de partículas cuánticas sintonizables que rompen la antigua regla de distinción entre bosones y fermiones del universo. . Crédito: AI/ScienceDaily.com
ScienceDaily.com
Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST)
9 de mayo de 2026
Resumen: Los físicos podrían haber descubierto una faceta oculta del mundo cuántico. Durante décadas, se creyó que todas las partículas conocidas pertenecían a una de dos categorías: bosones o fermiones. Sin embargo, los investigadores han demostrado que unas extrañas partículas intermedias llamadas aniones también podrían existir en un sistema unidimensional. Aún más fascinante, estas partículas podrían ser ajustables, lo que permitiría a los científicos modular su comportamiento de formas nunca antes imaginables.
HISTORIA COMPLETA
Tradicionalmente, los físicos han clasificado todas las partículas elementales de nuestro universo tridimensional en dos categorías: bosones y fermiones. Los bosones incluyen principalmente partículas que transmiten fuerzas, como los fotones, mientras que los fermiones componen la materia ordinaria, incluyendo electrones, protones y neutrones.
Esa división simple comienza a fallar en sistemas de dimensiones inferiores. Desde la década de 1970, los científicos han predicho la existencia de un tercer tipo de partícula conocida como anión, que se sitúa entre un bosón y un fermión. En 2020, los investigadores observaron experimentalmente estas partículas inusuales en el límite de semiconductores superenfriados, fuertemente magnetizados y de un átomo de espesor (es decir, bidimensionales).
Ahora, científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) y de la Universidad de Oklahoma han profundizado en esta idea. En dos artículos publicados en Physical Review A , el equipo identificó un sistema unidimensional capaz de albergar aniones e investigó el comportamiento teórico de estas partículas.
Los recientes avances en el control de partículas individuales dentro de sistemas atómicos ultrafríos también podrían hacer que estas ideas se puedan comprobar en experimentos de laboratorio reales.
«Cada partícula de nuestro universo parece encajar estrictamente en dos categorías: bosónica o fermiónica. ¿Por qué no existen otras?», pregunta el profesor Thomas Busch, de la Unidad de Sistemas Cuánticos del OIST. «Con estos trabajos, hemos abierto la puerta a una mejor comprensión de las propiedades fundamentales del mundo cuántico, y es muy emocionante ver adónde nos llevarán la física teórica y experimental a partir de ahora».
¿Por qué las partículas cuánticas se dividen en dos grupos?
La distinción entre bosones y fermiones radica en lo que sucede cuando dos partículas idénticas intercambian posiciones. En tres dimensiones, los experimentos muestran solo dos resultados: o bien el sistema permanece inalterado, comportamiento propio de los bosones, o bien cambia de signo, comportamiento que se da con los fermiones. No parece existir ninguna otra posibilidad.
Este comportamiento está ligado a uno de los principios más importantes de la física cuántica: la indistinguibilidad. En la vida cotidiana, dos objetos idénticos pueden distinguirse. Si dos canicas están pintadas de colores diferentes, por ejemplo, se puede rastrear cuál se movió y dónde. Las partículas cuánticas no funcionan así.
Dos partículas idénticas, como los electrones, no pueden etiquetarse individualmente si todas sus propiedades cuánticas coinciden. Intercambiarlas produce un estado físicamente indistinguible del original, lo que significa que las propiedades medibles del sistema deben permanecer inalteradas.
Raúl Hidalgo-Sacoto, estudiante de doctorado en la unidad OIST, explica: "Dado que este intercambio equivale a no hacer nada, la estadística matemática que rige el evento, conocida como factor de intercambio, debe obedecer una regla simple: el cuadrado del factor de intercambio debe ser igual a 1. Los únicos dos números que satisfacen esta regla son +1 y -1. Por eso, todas las partículas deben ser, respectivamente, bosones, para los cuales el factor es 1, o fermiones, para los cuales el factor es -1".
Estas dos familias de partículas se comportan de forma muy diferente. Los bosones se agrupan de forma natural y se comportan colectivamente. Los láseres son un ejemplo, donde los fotones de la misma longitud de onda (color) se mueven sincronizados. Los condensados de Bose-Einstein son otro ejemplo, donde átomos ultrafríos ocupan el mismo estado cuántico.
Los fermiones se comportan de forma opuesta. Los electrones, protones y neutrones se resisten a compartir el mismo estado. Esta propiedad es una de las razones por las que la tabla periódica contiene tantos elementos diferentes.
Cómo las dimensiones inferiores modifican las reglas cuánticas
Si la naturaleza solo permite dos tipos de partículas en tres dimensiones, ¿por qué las dimensiones inferiores pueden producir algo diferente?
La respuesta reside en cómo se mueven las partículas entre sí. En sistemas de dimensiones inferiores, las partículas tienen menos trayectorias posibles. Cuando intercambian posiciones, sus trayectorias se entrelazan a través del espacio y el tiempo. A diferencia de lo que ocurre en tres dimensiones, esas trayectorias no pueden simplemente desenredarse posteriormente. Como resultado, el estado resultante ya no es equivalente al original.
Hidalgo-Sacoto prosigue: «En dimensiones inferiores, este intercambio ya no es topológicamente equivalente a no hacer nada. Para satisfacer la ley de indistinguibilidad, necesitamos factores de intercambio en un rango continuo que den cuenta del intercambio, dependiendo de los giros y recovecos exactos de las trayectorias».
Esto abre la puerta a los aniones, partículas cuyos factores de intercambio pueden tomar valores más allá de +1 o -1. En otras palabras, no son ni bosones puros ni fermiones puros.
Años ajustables en una dimensión
En los estudios recientemente publicados, los investigadores demostraron que la división bosón-fermión permanece rota incluso en sistemas unidimensionales. También descubrieron algo especialmente interesante: el factor de intercambio en sistemas 1D se puede ajustar directamente.
En una dimensión, las partículas no pueden moverse unas alrededor de otras para intercambiar posiciones. En cambio, deben atravesarse directamente. Según los investigadores, esto modifica el comportamiento de intercambio de forma fundamental en comparación con dimensiones superiores.
Los estudios demuestran que el factor de intercambio en estos sistemas está vinculado a la intensidad de las interacciones de corto alcance entre las partículas. Esto significa que los científicos podrían ajustar experimentalmente las estadísticas de intercambio, lo que abriría la puerta a la exploración de una amplia gama de nuevos fenómenos cuánticos.
«Hemos identificado no solo la posibilidad de la existencia de aniones unidimensionales, sino que también hemos demostrado cómo se pueden mapear sus estadísticas de intercambio y, lo que es aún más fascinante, cómo se puede observar su naturaleza a través de su distribución de momento», resume el profesor Busch. «Los montajes experimentales necesarios para realizar estas observaciones ya existen. Nos entusiasma ver qué descubrimientos futuros se harán en este campo y qué nos revelarán sobre la física fundamental de nuestro universo».
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Fuente de la noticia:
Materiales proporcionados por la Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) . Nota: El contenido puede ser editado para ajustarse al estilo y la extensión.
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Referencias de la revista:
Raúl Hidalgo-Sacoto, Thomas Busch, D. Blume. Cola de momento universal de aniones unidimensionales idénticos con interacciones de dos cuerpos . Physical Review A , 2025; 112 (6) DOI: 10.1103/zf6z-2jjs
Raúl Hidalgo-Sacoto, Thomas Busch, D. Blume. Dos aniones unidimensionales idénticos con interacciones de alcance cero: estadísticas de intercambio, teoría de la dispersión y mapeo anión-anión . Physical Review A , 2025; 112 (6) DOI: 10.1103/h2vs-ll9d
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Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST). «Físicos descubren partículas cuánticas que desafían las leyes de la realidad». ScienceDaily. ScienceDaily, 9 de mayo de 2026. < www.sciencedaily.com/releases/2026/05/260508003131.htm > .
