Un enigma físico de 40 años sobre cómo crecen las cosas finalmente ha sido resuelto. Científicos en Alemania han confirmado experimentalmente por primera vez una ley universal de crecimiento en dos dimensiones. El hallazgo sugiere que procesos muy diferentes, desde la formación de cristales hasta colonias bacterianas, podrían seguir las mismas reglas ocultas.
Una teoría nacida en 1986 finalmente obtiene su prueba
En 1986, investigadores introdujeron la ecuación Kardar-Parisi-Zhang, una teoría diseñada para describir el crecimiento en muchos sistemas. La idea era simple: sistemas muy diferentes podrían seguir las mismas reglas subyacentes cuando crecen. La teoría había sido confirmada en una dimensión en 2022. Pero demostrarla en dos dimensiones seguía siendo difícil de alcanzar hasta ahora.
Cómo construyeron un experimento cuántico ultrafrío
Investigadores de la Universidad de Würzburg diseñaron un montaje cuántico altamente controlado para probar la teoría. Enfriaron un semiconductor hecho de arseniuro de galio a menos 269.15 grados Celsius y lo estimularon continuamente con un láser. Bajo estas condiciones, se formaron dentro del material partículas inusuales llamadas polaritones. Los polaritones son híbridos de luz y materia que combinan fotones con excitones. Existen solo brevemente y solo bajo condiciones de no equilibrio.
El equipo midió cómo se movían estas partículas en el espacio y el tiempo. Esta fue la primera demostración experimental de la universalidad KPZ en un sistema bidimensional tanto en el espacio como en el tiempo. El desafío había sido que los procesos de crecimiento siempre son no lineales y aleatorios. Diseñar un sistema que pudiera medir cómo evoluciona dicho proceso en escalas de tiempo ultracortas fue extremadamente difícil. Solo recientemente se ha vuelto técnicamente factible.
Por qué los científicos locales y el mundo se preocupan
Para la comunidad de investigación local en Würzburg, este avance representa años de trabajo. El equipo forma parte del Clúster de Excelencia ctd.qmat. El investigador postdoctoral Siddhartha Dam explicó que verificar el modelo KPZ en dos dimensiones tomó tanto tiempo porque estos procesos se desarrollan en escalas de tiempo ultracortas. El equipo logró controlar un sistema cuántico de no equilibrio en el laboratorio.
El marco KPZ se ha aplicado a todo, desde la formación de cristales y la dinámica de poblaciones hasta frentes de llama e incluso aprendizaje automático. Esta confirmación experimental fortalece la idea de que sistemas muy diferentes podrían seguir las mismas reglas ocultas cuando crecen.
Este hito muestra cuán universal es realmente el modelo de crecimiento. Abre la puerta a comprender los procesos de crecimiento en física, biología y ciencia de materiales con un solo conjunto de principios.
