Desvelando el movimiento colectivo en gases de Bose unidimensionales a temperatura finita
27/07/2026
Un equipo internacional de investigadores de la UPC de Barcelona y la Universidad de Queensland de Brisbane ha desarrollado una nueva teoría para explicar cómo las excitaciones térmicas microscópicas determinan la dependencia de la temperatura de las oscilaciones colectivas en partículas bosónicas confinadas a una dimensión espacial
Una colaboración internacional liderada por la profesora Giulia De Rosi (Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona), junto con Caroline Mauron y la profesora Karen Kheruntsyan (University of Queensland, Brisbane), ha descubierto nuevas conexiones entre las propiedades microscópicas y macroscópicas en sistemas cuánticos de muchas partículas a todas las temperaturas.
Su trabajo revela cómo evolucionan estas propiedades en torno a una "temperatura anómala" característica, donde los efectos cuánticos dominantes a bajas temperaturas y los efectos clásicos predominantes a altas temperaturas se vuelven comparables, independientemente de la intensidad de la interacción entre partículas. Este avance tiene una amplia relevancia, que abarca desde la materia atómica y nuclear hasta los sistemas de estado sólido, electrónicos y de espín, incluyendo el inicio de las transiciones de fase superfluídicas, superconductoras y de condensación de Bose-Einstein.
En los últimos años, el descubrimiento de la anomalía inducida por huecos —impulsado por la profesora Giulia De Rosi y sus colegas del grupo BQMC de la UPC— ha revelado cómo las excitaciones térmicas rigen la dependencia de la temperatura tanto de las propiedades termodinámicas macroscópicas como de las correlaciones microscópicas en sistemas de Bose unidimensionales. Comprender el comportamiento de estos conjuntos bosónicos es crucial para la investigación fundamental y para el desarrollo de futuras tecnologías cuánticas, incluyendo superconductores de alta temperatura crítica y computadoras cuánticas. Se han realizado experimentalmente sistemas similares desde 2004 utilizando gases atómicos ultrafríos.
En su estudio, publicado como carta en la prestigiosa revista de acceso abierto Physical Review Research, Mauron, Kheruntsyan y De Rosi demuestran que las excitaciones térmicas —fuertemente influenciadas por la anomalía— también determinan cómo interactúan las partículas, dando lugar a dos frecuencias de oscilación colectivas distintas que persisten desde temperaturas cero hasta altas, en contra de las predicciones anteriores. Además, demuestran que la temperatura de la anomalía marca un límite entre diferentes dinámicas de colisiones entre partículas y explica la ausencia del régimen colisional a temperaturas intermedias predicho en teorías anteriores.
Estos hallazgos podrían comprobarse en experimentos con átomos ultrafríos y se espera que impulsen nuevas investigaciones dirigidas a desentrañar el comportamiento microscópico de una amplia gama de sistemas cuánticos de muchas partículas que presentan anomalías similares.
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