¿Pero qué son las fases topológicas de la materia y por qué merecen un Nobel?

Muchos apostaban a que los ganadores serían los responsables de la primera detección de las ondas gravitacionales, pero como ocurre muy a menudo, hacer predicciones con los resultados de los Nobel no es lo más recomendable. Ha habido sorpresa. Los investigadores británicos David J. Thoules, F. Duncan M. Haldane y J. Michael Kosterlitz se han llevado finalmente el Premio Nobel de Física de este año por sus descubrimientos sobre algo que, sin más explicaciones, parece un galimatías ininteligible: las transiciones de la fase topológica y las fases topológicas de la materia. ¿Pero eso qué demonios es?

«Se trata de un fenómeno cuántico que fue predicho teóricamente por los galardonados por el Nobel a principios de 1970 y que se ha ido demostrando con experimentos diversos en años posteriores», explica Jordi Sort, profesor de investigación ICREA en la Universidad Autónoma de Barcelona.

La materia no es siempre igual. Todos, en nuestra vida cotidiana, experimentamos las distintas fases de la materia, desde los sólidos o los líquidos a los materiales ferromagnéticos, como los imanes. Pero hay otros estados de la materia en el mundo de lo pequeño, el mundo cuántico, de los que no somos conscientes y que responden a sus propias leyes, y ahí es donde estos profesores británicos han realizado sus descubrimientos.

«Se trata de estados de la materia que ocurren en ciertas agrupaciones de átomos, por ejemplo en un film muy delgado de espesor de unos pocos átomos (sub-nanométrico), generalmente a bajas temperaturas», señala Sort. En este caso, los átomos se distribuyen dando lugar a ciertas geometrías (por ejemplo estados vórtices), y hay cambios de fase gobernados simplemente por cómo están ordenados estos pocos átomos en el espacio (lo que se conoce como topología). «El movimiento de estos átomos puede dar lugar a transiciones de fase, como las del hielo a agua, que no suceden en la física ordinaria, con materiales de mayores dimensiones», indica el investigador catalán, especializado en los fenómenos cuánticos de los materiales magnéticos.

Segunda revolución cuántica

Sort incide en que esta investigación tiene enorme repercusión en la física, especialmente en la física cuántica, pero también tiene un gran potencial para aplicaciones futuras en tecnología. «Este campo de investigación se enmarca dentro de lo que se conoce como 'segunda revolución cuántica', que está siendo financiada en estos momentos con gran cantidad de proyectos científicos por parte de la Comunidad Europea», explica. «Cabe recordar que lo que se conoce como 'primera revolución cuántica' llevó al desarrollo de dispositivos tan ampliamente utilizados hoy en día como el láser o los transistores. Las consecuencias de la segunda revolución cuántica todavía están por llegar y se basan en cálculos matemáticos iniciados en gran medida por los galardonos con el Premio Nobel de este año», subraya.

Én la práctica, estos fenómenos cuánticos tienen un gran potencial, por ejemplo, para el desarrollo de ordenadores cuánticos, que podrían almacenar una enorme cantidad de datos y procesarlos de forma simultánea y mucho más rápida que en los ordenadores actuales. También, como recuerda Jordi Sort, estas investigaciones son útiles en nanoelectrónica, espintrónica, superconductividad y, en general, cualquier tipo de nanodispositivo, incluyendo los nanorobots. También en sistemas de almacenaje de datos de alta seguridad y en sensores cuánticos.