Un peculiar líquido cuántico de electrones

Éste es el tercer año consecutivo en el que el premio de Física se concede por investigaciones sobre el comportamiento de la materia a muy bajas temperaturas. Al estudiar el movimiento de electrones dentro de un plano en presencia de campos magnéticos muy altos, Störmer y Tsui observaron que la conductancia Hall (relación entre la corriente eléctrica y el voltaje transversal generado por ésta) podía tomar valores que eran una fracción de la unidad natural (una conocida combinación de constantes fundamentales).Tan sólo un año después de este inesperado descubrimiento, Laughlin ofreció una explicación teórica bastante completa del fenómeno. Propuso que, en presencia de un intenso campo magnético, los electrones forman un nuevo y peculiar líquido cuántico. La predicción más extraña de la teoría de Laughlin fue que, en este contexto, y a diferencia de lo que ocurre en circunstancias más convencionales, las entidades individuales cuyo movimiento da lugar a la corriente eléctrica no tienen carga uno (en unidades de la carga del electrón en el vacío), sino que pueden tener carga fraccionaria como, por ejemplo, un tercio. Estos portadores tan exóticos no son electrones individuales, sino complejas entidades de electrones y flujos magnéticos en constante interacción.

A pesar de la rápida aceptación de la teoría, una medida directa de la carga fraccionaria sólo ha sido posible recientemente al medirse el ruido de la corriente eléctrica. Del mismo modo que, escuchando el ruido de la lluvia sobre el tejado, distinguimos entre una lluvia fina y una granizada, se ha podido constatar que el ruido eléctrico causado por la corriente sólo es atribuible a portadores de carga fraccionaria, un concepto nuevo que ha sido esencial para la comprensión de la materia en estas circunstancias extremas. El Nobel de Química se ha concedido a una idea nueva con grandes aplicaciones. Kohn demostró que la energía total de un sistema de muchos electrones podía determinarse de modo único a partir de la densidad electrónica media en cada punto del espacio.

Esta idea, tan sencilla como sorpredente, permitió el desarrollo de nuevas técnicas de cálculo. Gracias al inteligente desarrollo que Pople y otros hicieron de la idea de Kohn, los modernos ordenadores nos permiten conocer con precisión las propiedades de sólidos y moléculas muy complejos. En particular, podemos comprender la dinámica de moléculas imposibles de obtener en el laboratorio, pero que se encuentran en el espacio intergaláctico o en las capas altas de la atmósfera y afectan a nuestras vidas.