Tendencias21
Un experimento cuántico permitirá preparar nuevos tipos de materia

Un experimento cuántico permitirá preparar nuevos tipos de materia

Un experimento molecular similar al de la doble rendija sienta las bases para estudiar el comportamiento cuántico de una manera nueva y preparar así nuevos tipos de materia.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford ha desarrollado una forma de realizar el famoso experimento cuántico de la doble rendija a nivel molecular, que permitirá controlar de manera coherente las fases de la materia, según informa Physorg.

El experimento de la doble rendija, concebido en 1801 por el físico Thomas Young para averiguar la naturaleza corpuscular de la luz, ha sido básico para demostrar la dualidad onda-partícula.

La dualidad onda-partícula es un concepto de la mecánica cuántica según el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas elementales y ondas, ya que las partículas pueden comportarse como ondas y las ondas como partículas.

Doble rendija

¿Qué ocurre en el experimento de la doble rendija? Pues que una partícula se encuentra con una pared que no puede atravesar, pero aprovecha que tiene dos rendijas y entonces se cuela a través de ellas cambiando su naturaleza corpuscular por otra de onda. Luego recupera su naturaleza original y se comporta como partícula que incluso deja una huella (patrón de interferencia).

El experimento de la doble rendija pone de manifiesto dos cosas: que, a nivel elemental, los objetos físicos pueden comportarse como un conjunto de partículas (y no pueden por ejemplo atravesar una barrera física), o también como una onda que atraviesa obstáculos, como las ondas de radio que pasan a través de las paredes.

Desde que lo planteara Young, el experimento de la doble rendija se ha llevado a cabo de diversas formas en diferentes condiciones.

Se ha comprobado en el pasado que los electrones, los átomos y las moléculas de hasta 100 átomos exhiben el mismo tipo de comportamiento que manifiestan los fotones en el experimento de la doble rendija.

Tema relacionado: Estamos en lo cuántico: observan en directo cómo un observador influye en la realidad

Con moléculas, átomos y láseres

En el nuevo estudio, los investigadores han llevado el experimento de la doble rendija a un nuevo nivel, utilizando nada más que moléculas, átomos individuales y láseres.

En un artículo publicado en la revista Science, los autores de la nueva investigación describen su técnica y sugieren que podría usarse para ayudar con otros experimentos moleculares.

En el experimento original de la doble rendija, la luz pasa a través de dos rendijas en una superposición de trayectorias: el fotón se subdivide y atraviesa la pared simultáneamente en dos trayectorias paralelas y superpuestas.

Rendija superpuesta

En este nuevo método, solo hay una rendija, pero está en una superposición de posiciones: es como si en realidad hubiera dos rendijas.

Y en vez de fotones, los investigadores experimentaron con un haz de moléculas de deuterio y helio en una cámara enfriada a –272°C.

Lo primero que hicieron fue llevar a un estado vibratorio y rotacional a las moléculas de deuterio, consiguiendo que formaran ángulos rectos que servían de rendijas, como las del experimento de Young.

A continuación, obligaron a los moléculas de deuterio adoptar un estado en el que las orientaciones de las rendijas formadas por los ángulos rectos, se superponían entre sí.

Moléculas que sienten

Luego obligaron a los átomos de helio a que se separaran de las moléculas de deuterio y se dispersaran a través de las rendijas:  observaron que el deuterio podía, en cierto sentido, «sentir» los átomos de helio cuando atravesaban al mismo tiempo las rendijas angulares.

Y al igual que ocurrió con el experimento de Young, los átomos de helio recuperaron su estado original una vez atravesada la doble rendija de deuterio, y así fueron estudiados por el equipo de investigación.

Los investigadores sugieren que, además de realizar el experimento de doble rendija de una manera nueva, su trabajo sienta las bases para estudiar el comportamiento cuántico de una manera nueva que permitirá preparar nuevos tipos de materia.

Decoherencia cuántica

Concluyen sugiriendo que sus técnicas también podrían adaptarse para su uso en el estudio de la decoherencia cuántica, que analiza cómo un sistema físico, bajo ciertas condiciones, deja de exhibir efectos cuánticos y pasa a mostrar un comportamiento típicamente clásico.

En su artículo, los autores concluyen que, a pesar de décadas de investigación, el papel de los efectos de la mecánica cuántica en la dispersión molecular aún no se ha investigado completamente, aunque este proceso puede demostrar resultados fascinantes, como el obtenido en este experimento molecular de la doble rendija.

Y sentencian: la rendija molecular propuesta podría usarse para controlar de manera coherente las fases de la materia que ocurren en varios procesos moleculares, con los que se podrá experimentar en el futuro con resultados insospechados.

Referencia

Quantum mechanical double slit for molecular scattering. Haowen Zhou et all. Science, 18 Nov 2021, Vol 374, Issue 6570, pp. 960-964. DOI: 10.1126/science.abl4143

 

Foto superior: Láser difractado usando rendija doble. Foto tomada en el laboratorio de óptica de la facultad de ciencias de la UNAM. Lienzocian.

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

1 comentario

  • La física cuántica tiene la llave para entender el mundo (el universo), toda inversión en investigación es poca.
    Cualquier avance en esta área tiene la capacidad de mejorar nuestra vida de una manera que la ciencia ficción no sospecha.