Introducción al efecto Hall cuántico fraccionario

Antes de su nuevo descubrimiento, los físicos creían que, con excepción de los quarks y otras partículas, la carga de las partículas fundamentales del universo era un múltiplo entero de la carga de un electrón - e (e = 1,6 × 10-19 culombios). Los quarks pueden tener una carga de 1e/3 o 2e/3 según el tipo. Los quarks generalmente sólo pueden existir en el núcleo de un átomo, a diferencia de los electrones que pueden fluir libremente. Por lo tanto, los físicos no esperan ver partículas o estados excitados con cargas electrónicas fraccionarias como los quarks en sistemas condensados ​​ordinarios.

Esta idea fue cuestionada en 1982, cuando Cui Qi y Strom descubrieron el efecto Hall fraccionario en sistemas electrónicos bidimensionales. Un año después, Laughlin propuso una nueva teoría, argumentando que un sistema de electrones bidimensional bajo un fuerte campo magnético puede formar un fluido cuántico incompresible debido a la interacción de Coulomb entre electrones, que exhibirá una carga fraccionaria. Se puede decir que la aparición de cargas fraccionarias es muy misteriosa e inesperada, pero en realidad se puede deducir de reglas cuánticas conocidas.

Loughlin también intentó utilizar su teoría para explicar por qué los quarks tienen cargas electrónicas fraccionarias, aunque esta idea hasta ahora no ha tenido éxito. Después de que apareció la teoría de Laughlin, los expertos teóricos la juzgaron inmediatamente como una idea correcta. Pero para muchas personas su teoría sigue siendo difícil de entender. En los cinco o seis años siguientes, aparecieron uno tras otro muchos artículos importantes, que explicaban con mayor claridad los conceptos oscuros de la teoría de Laughlin y ampliaban aún más su teoría a muchas condiciones físicas diferentes, haciendo que toda la teoría fuera más completa. Expliquemos brevemente qué es el efecto Hall cuántico fraccionario y su explicación teórica.