El trencament de simetria té un paper destacat en molts fenòmens de la natura. En la mecànica quàntica i en la clàssica, les simetries impliquen lleis de conservació i la ruptura d'una simetria significa que algun paràmetre conservat que caracteritza el sistema deixa d'estar-ho. Un estudi publicat ara en l'edició en línia de Nature Physics analitza el trencament de simetria en el procés de nucleació de vòrtexs, en un sistema format per àtoms neutres, que interaccionen de manera repulsiva i a curtes distàncies. El treball, liderat pels investigadors Daniel Dagnino i Nuria Barberán del Departament d'Estructura i Constituents de la Matèria de la Facultat de Física de la UB, ha descrit per primer cop l'estat superfluid a la transició (una superposició d'estat amb i sense vòrtexs).

Tot i que el concepte de simetria sembla ser més conegut, els fenòmens emergents pel trencament de simetries tenen un paper important en el món de la física. Per exemple, l'expansió de l'Univers després del Big Bang -la gran explosió que donaria origen a l'Univers- va ser un exemple d'aquest procés. Els mecanismes de trencament de simetries són, per aquest motiu, una de les àrees d'estudi més actives de la física a escala internacional.

El trencament de simetria pot observar-se en qualsevol sistema en què l'estat de mínima energia estigui degenerat» comenta Daniel Dagnino, estudiant de doctorat i primer autor de l'estudi. Els fenòmens que els provoquen poden ser diversos. Quan es produeixen en sistemes degenerats són trencaments espontanis de simetria. És el cas dels ferromagnets, que són sistemes invariants sota rotacions de tots els spins. Per sota de la temperatura de Curie, aquest sistema trenca la simetria i escull una direcció en què s'orienten els spins, i és aquest trencament el que dóna lloc a la magnetització. En altres sistemes, però, el trencament és el resultat de petites pertorbacions del sistema: és el trencament de simetria provocat.

En aquest article, l'equip científic ha estudiat aquest procés en la nucleació de vòrtexs, o moment d'inici d'un canvi d'estat a una regió petita però estable. El trencament de la simetria en la nucleació s'ha estudiat en un conjunt bidimensional d'àtoms neutres, sense spin, que interaccionen de manera repulsiva i a curtes distàncies. Aquest conjunt d'àtoms es troba atrapat mitjançant l'aplicació d'un camp magnètic que forma un pou parabòlic lleugerament deformat que permet fer girar el sistema al voltant d'un eix. El gir possibilita afegir moment angular al conjunt d'àtoms. Això és el que precisament provoca la formació del primer vòrtex fent que el sistema evolucioni des d'un estat en repòs a un estat d'un vòrtex, passant per un estat precursor de la nucleació en què es trenca la simetria de paritat.