Físicos detectan un "túnel cuántico" que puede ser atravesado por materia

Físicos detectan un “túnel cuántico” que puede ser atravesado por materia

Los investigadores lo catalogan como “túnel cuántico” y se trata de un extraño fenómeno de la ciencia observado…

Los investigadores lo catalogan como “túnel cuántico” y se trata de un extraño fenómeno de la ciencia observado durante un experimento.

El mundo cuántico es bastante salvaje, donde lo aparentemente imposible sucede todo el tiempo: objetos separados por kilómetros están atados entre sí, y las partículas pueden incluso estar en dos lugares a la vez. Pero una de las superpotencias cuánticas más desconcertantes es el movimiento de partículas a través de barreras aparentemente impenetrables.

Ahora, un equipo de físicos ha ideado una forma sencilla de medir la duración de este extraño fenómeno, llamado túnel cuántico. Y descubrieron cuánto tiempo lleva la construcción de túneles de principio a fin, desde el momento en que una partícula entra en la barrera, atraviesa y sale por el otro lado.

Efecto Túnel Cuántico

El efecto túnel cuántico es un fenómeno en el que un átomo o una partícula subatómica puede aparecer en el lado opuesto de una barrera que debería ser imposible de penetrar por la partícula. Es como si estuvieras caminando y encontraras una pared de 3 metros de altura que se extiende hasta donde alcanza la vista. Sin una escalera, la pared te haría imposible continuar.

Físicos detectan un "túnel cuántico" que puede ser atravesado por materia
Crédito: Jodi Phoenix/ESO.

Sin embargo, en el mundo cuántico, es raro, pero posible, que un átomo o un electrón simplemente «aparezca» en el otro lado, como si se hubiera cavado un túnel a través de la pared.

Por ello los túneles cuánticos son uno de los fenómenos más desconcertantes.

Los túneles cuánticos no son nuevos para los físicos. Constituye la base de muchas tecnologías modernas, como los chips electrónicos, llamados diodos de túnel, que permiten el movimiento de la electricidad a través de un circuito en una dirección pero no en la otra. Los microscopios de túnel de barrido (STM) también utilizan el túnel para mostrar literalmente átomos individuales en la superficie de un sólido.

Si bien las leyes de la mecánica cuántica permiten el túnel cuántico, los investigadores aún no saben exactamente qué sucede mientras una partícula subatómica se somete al proceso de túnel. De hecho, algunos investigadores pensaron que la partícula aparece instantáneamente al otro lado de la barrera como si instantáneamente se teletransportara allí, informó Sci-News.com.

El experimento

Los investigadores habían intentado previamente medir la cantidad de tiempo que se tarda en producir un túnel, con resultados variables. Una de las dificultades en las versiones anteriores de este tipo de experimento es identificar el momento en que comienza y se detiene el túnel. Para simplificar la metodología, los investigadores utilizaron imanes para crear un nuevo tipo de «reloj» que solo marcaría mientras la partícula estaba haciendo un túnel.

Físicos detectan un "túnel cuántico" que puede ser atravesado por materia
Crédito: Universidad de Griffith

Todas las partículas subatómicas tienen propiedades magnéticas y cuando los imanes están en un campo magnético externo, giran como una peonza. La cantidad de rotación (también llamada precesión) depende de cuánto tiempo la partícula esté bañada en ese campo magnético . Sabiendo eso, el grupo de Toronto utilizó un campo magnético para formar su barrera. Cuando las partículas están dentro de la barrera, precesan. Fuera de él, no lo hacen. Por lo tanto, medir cuánto tiempo precesan las partículas les dijo a los investigadores cuánto tardaron esos átomos en atravesar la barrera.

Los investigadores prepararon aproximadamente 8.000 átomos de rubidio y los enfriaron a una milmillonésima de grado por encima del cero absoluto. Los átomos debían estar a esta temperatura, de lo contrario se habrían movido aleatoriamente a altas velocidades, en lugar de permanecer en un pequeño grupo. Los científicos utilizaron un láser para crear la barrera magnética; enfocaron el láser de modo que la barrera tuviera un grosor de 1.3 micrómetros (micrones), o el grosor de unos 2.500 átomos de rubidio.

Como era de esperar, la mayoría de los átomos de rubidio rebotaron en la barrera. Sin embargo, debido al efecto túnel cuántico, aproximadamente el 3% de los átomos atravesaron la barrera y aparecieron del otro lado. Según la precesión de esos átomos, les tomó casi 0.6 milisegundos atravesar la barrera.

Los experimentos que exploran los túneles cuánticos son difíciles y se necesita más investigación para comprender las implicaciones de este estudio.

En muchas interpretaciones de la mecánica cuántica, es imposible, incluso en principio, determinar la trayectoria de una partícula subatómica. Tal medida podría conducir a comprender el confuso mundo de la teoría cuántica. El mundo cuántico es muy diferente del mundo con el que estamos familiarizados. Experimentos como estos ayudarán a que sea un poco menos misterioso.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista Nature.

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