Observan en laboratorio el reflejo de una cuarta dimensión espacial

Dos laboratorios diferentes, uno situado en Estados Unidos y otro en Europa, han constatado que además del modelo espacial tridimensional conocido, existe también una cuarta dimensión espacial de la realidad.  Los resultados se publican en la revista Nature.

A través de dos complejos experimentos, ambos equipos han descubierto la existencia de esa cuarta dimensión espacial mediante su reflejo en un objeto de 3D.

Los dos experimentos son en parte teóricos y se corresponden con la complejidad de la mecánica cuántica. Ambos equipos usaron dos configuraciones 2D diseñadas especialmente para sus experimentos y observaron a través de ellos el reflejo de esa cuarta dimensión espacial.

Físicamente, no tenemos un sistema espacial 4D, pero podemos acceder a la física cuántica 4D usando este sistema de dimensiones inferiores porque el sistema de mayor dimensión está codificado en la complejidad de la estructura, explica Mikael Rechtsman, investigador y profesor de Física de la Universidad Estatal de Pensilvania, USA, en un comunicado.

Es decir, de la misma forma que un objeto en 3D proyecta una sombra en 2D, estos científicos han conseguido observar una sombra 3D proyectada por un objeto en 4D que no ha sido observado directamente, sino a través de este reflejo. Un descubrimiento que puede revolucionar los fundamentos básicos de la ciencia actual.

Gracias al efecto Hall cuántico

La observación indirecta de esa cuarta dimensión la consiguieron merced al efecto conocido como Hall cuántico, una forma sofisticada de restringir y medir a los electrones. El efecto Hall cuántico es una versión de la mecánica cuántica del efecto Hall, observado en sistemas bidimensionales con electrones sometidos a bajas temperaturas y fuertes campos magnéticos.

La configuración del equipo europeo utilizó átomos de metal de rubidio que fueron enfriados a temperaturas próximas al cero absoluto. A continuación los pusieron en una red 2D gracias a  láseres. De esta forma, pudieron activar una “bomba topológica de carga cuántica” para excitar a los átomos atrapados y hacer que se movieran.

Fue así como observaron ligeras variaciones en el movimiento de estos átomos que se corresponden con el efecto Hall cuántico 4D. Esta observación, según los investigadores, confirma que una cuarta dimensión está ahí y que puede ser accesible, de una u otra forma.

La experiencia norteamericana usó también láseres, pero para controlar la luz cuando atravesaba un bloque de vidrio (una guía de ondas electromagnéticas). Manipulando los rayos luminosos para simular el efecto de un campo eléctrico, observaron también las consecuencias del efecto Hall cuántico, el reflejo de esa cuarta dimensión espacial.

Inaccesible sin la mecánica cuántica

Los investigadores explican que por el hecho de estar atrapados en un universo 3D no podemos acceder a ese mundo en 4D (aunque hemos visto por vez primera su reflejo), pero creen que la mecánica cuántica puede darnos una idea de su naturaleza y mejorar así nuestra comprensión del universo.

Hasta ahora sabemos que nosotros sólo podemos experimentar los objetos a través de tres dimensiones espaciales: podemos establecer su altura, su longitud y su anchura. Y también sabemos que los objetos tienen una dimensión temporal.

Este descubrimiento pone de manifiesto que es posible también representar una cuarta dimensión espacial. La Teoría de Cuerdas, un modelo fundamental de física teórica, especula con que el espacio en el que vivimos tiene muchas más dimensiones (10, 11 o 26), pero que el universo medido a lo largo de estas dimensiones adicionales tienen tamaño subatómico.

Tal vez este descubrimiento euro-norteamericano constituya una primera evidencia de esta especulación teórica y abra nuevas expectativas a un conocimiento más profundo del universo físico. Por ahora los investigadores señalan que es posible que la física de dimensiones superiores se pueda utilizar como principio de diseño para nuevos dispositivos fotónicos.

Referencias

Exploring 4D quantum Hall physics with a 2D topological charge pump. Nature 553, 55–58 (04 January 2018). doi:10.1038/nature25000

Photonic topological boundary pumping as a probe of 4D quantum Hall physics. Nature 553, 59–62 (04 January 2018). doi:10.1038/nature25011