Científicos de la Universidad de Innsbruck han presenciado un asombroso descubrimiento cuántico que redefine nuestra comprensión del calor. Observaron que un sistema de átomos fuertemente impulsado, en lugar de calentarse y volverse caótico, dejó de absorber energía y se mantuvo en un patrón de movimiento estable y ordenado. Este fenómeno, contrario a la intuición clásica, destaca el poder de la coherencia cuántica.
En nuestra experiencia diaria, la aplicación repetida de fuerza casi siempre resulta en un aumento de temperatura. Frotarse las manos calienta la piel, y golpear metal con un martillo lo vuelve incandescente. Incluso sin una formación formal en física, la gente aprende rápidamente una regla básica: cuando se impulsa continuamente un sistema, su temperatura se eleva.
Los físicos esperan un comportamiento similar a escalas mucho más pequeñas. En sistemas cuánticos compuestos por muchas partículas interactuantes, se asume que la excitación continua provoca una absorción constante de energía, lo que lleva al calentamiento. Sin embargo, un experimento reciente desafía esta suposición fundamental, sugiriendo que esta intuición no siempre se aplica a nivel cuántico.
La resistencia cuántica al calentamiento
El equipo de Hanns Christoph Nägerl, del Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck, se propuso investigar si un sistema cuántico fuertemente impulsado debe calentarse inevitablemente. Su respuesta fue inesperada. Crearon un fluido cuántico unidimensional de átomos fuertemente interactuantes, enfriados a pocos nanokelvin por encima del cero absoluto.
Utilizando luz láser, sometieron los átomos a un potencial de red que se encendía y apagaba rápida y repetidamente, aplicando “patadas” constantes. En condiciones normales, los átomos deberían haber absorbido energía continuamente. Sin embargo, los investigadores observaron un cambio sorprendente, según un informe de ScienceDaily de enero de 2026.
Tras un breve período inicial, la propagación del momento de los átomos se detuvo. La energía cinética del sistema dejó de aumentar y se estabilizó. A pesar de seguir siendo impulsados y de interactuar fuertemente entre sí, los átomos dejaron de absorber energía. El sistema había entrado en un estado conocido como localización dinámica de muchos cuerpos (MBDL).
En este estado, el movimiento se bloquea en el espacio de momentos en lugar de propagarse libremente. “En este estado, la coherencia cuántica y el entrelazamiento de muchos cuerpos impiden que el sistema se termalice y muestre un comportamiento difusivo, incluso bajo un impulso externo sostenido”, explica Hanns Christoph Nägerl. “La distribución de momentos esencialmente se congela y conserva cualquier estructura que tenga”.
El resultado sorprendió incluso a los científicos implicados. El autor principal, Yanliang Guo, admitió que el comportamiento contradecía sus predicciones. “Inicialmente esperábamos que los átomos empezaran a volar por todas partes. En cambio, se comportaron de una manera increíblemente ordenada”, dijo Guo. Lei Ying, colaborador teórico de la Universidad de Zhejiang en Hangzhou, China, añadió: “Esto va en contra de nuestra intuición clásica y revela una notable estabilidad arraigada en la mecánica cuántica”.
Coherencia cuántica: la clave de la estabilidad
Para evaluar la robustez de este estado inusual, los investigadores modificaron el experimento añadiendo aleatoriedad a la secuencia de impulsos. El efecto fue inmediato: incluso una pequeña cantidad de desorden fue suficiente para destruir la localización. Una vez que la coherencia se interrumpió, los átomos se comportaron de manera más convencional, su momento se extendió, la energía cinética aumentó rápidamente y el sistema reanudó la absorción ilimitada de energía.
“Esta prueba destacó que la coherencia cuántica es crucial para evitar la termalización en sistemas de muchos cuerpos impulsados”, afirma Nägerl. Este descubrimiento subraya la importancia de mantener un alto grado de coherencia para observar estos fenómenos contraintuitivos, un desafío significativo en la ingeniería de sistemas cuánticos.
La capacidad de recrear este comportamiento mediante simulaciones computacionales clásicas es extremadamente difícil, como señaló Ying. “Por eso necesitamos experimentos. Van de la mano con nuestras simulaciones teóricas”, enfatizó. La complejidad inherente a la física de sistemas cuánticos complejos requiere de la validación experimental para avanzar en el conocimiento.
El descubrimiento de la localización dinámica de muchos cuerpos (MBDL) tiene implicaciones que van más allá de la física básica. Prevenir el calentamiento no deseado es uno de los mayores desafíos en el desarrollo de tecnologías cuánticas, desde ordenadores hasta sensores. Este hallazgo sugiere nuevas estrategias para diseñar sistemas cuánticos más estables y eficientes, capaces de operar en condiciones que antes se creían imposibles, abriendo la puerta a innovaciones en el control energético a escala atómica.
