Logran realizar el experimento de doble rendija de interferencia cuántica con moléculas 25 000 veces más pesadas que el átomo de hidrógeno.
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La Mecánica Cuántica es, sin duda, un tanto rara para nuestra percepción macroscópica.
Al nivel de los átomos y tamaños menores las partículas pueden estar en una superposición de estados. Así, un electrón puede tener dos estados de spin a la vez. Una vez se mide la función de ondas de la partícula colapsa y sólo se observa uno de los estados.
Sin embargo, no se sabe bien qué ocurre que en algún momento para que la Naturaleza no exhiba este comportamiento cuántico. Conforme nos movemos del mundo microscópico al mesoscópico, las propiedades cuánticas extrañas, como la superposición de estados, desaparecen y los sistemas físicos sólo exhiben propiedades clásicas.
Los sistemas cuánticos son muy frágiles y la decoherencia puede aparecer en cualquier momento. Cuando mayor es el sistema cuántico mayor probabilidad de que aparezca la decoherencia. Podemos ver las propiedades cuántica de una molécula simple con facilidad. Pero no vemos nunca a personas, camiones o montañas en superposición de estados. Sin embargo no hay ninguna ley física que diga que esos objetos no puedan estar en una superposición de estados.
La superposición de estados también se puede dar para el observable posición, de tal como que una partícula pueda estar en dos sitios a la vez. Esto se ha hecho con partícula e incluso con átomos, pero, ¿dónde está el límite? ¿Cómo de grande puede ser un sistema cuántico sin que la decoherencia aparezca y que un sistema pueda estar en dos sitios a la vez?
Ahora investigadores de las Universidades de Viena, Basilea y Yat-Sen y del Instituto de Tecnología Karlsruhe han publicado los resultados de experimentos en los que demuestran que es posible exhibir propiedades cuántica en moléculas gigantes de 2000 átomos de tamaño de tal modo que puedan estar en dos sitios a la vez.
Los experimentos que han realizado para demostrar este efecto están basados en loa originales que se emplearon en el pasado para demostrar estos efectos en partículas a través del uso de la doble rendija. La luz puede interferirse consigo misma usando una doble rendija.
En la década de loa veinte del pasado siglo se pudo observar también el patrón de interferencia que se producía al lanzar un haz de electrones sobre un sistema de doble rendija, en concreto un cristal que hacía las veces de este dispositivo.
Si los electrones se comportaran como partículas puntuales impactarían la pantalla formando franjas definidas, pero en lugar de eso se observaba un patrón de interferencia. La función de onda de los electrones interfería consigo misma produciendo el típico patrón de interferencia. Esta fue la prueba definitiva de que los electrones se comportan como partícula y onda a la vez. Se puede decir que el electrón está en muchos sitios a la vez con una probabilidad de que esté en un sitio concreto dada por la función de ondas.
Pero hacer esto mismo con moléculas gigantes no es sencillo. Cuanto mayores sean más complicado es. Esto se debe a que la longitud de onda es cada vez mayor conforme la masa aumenta, por lo que patrón de interferencia es cada más difícil de ver.
En este caso la molécula en cuestión es oligo-tetrafenilporfirin enriquecida con cadenas de fluoroalkilsulfanil que tiene una masa 25 000 veces mayor que la del átomo de hidrógeno. El haz de molécula mide 2 metros, por lo que los investigadores implicados tuvieron que tener en cuenta la gravedad y la rotación de la Tierra. Curiosamente, las moléculas tienen un temperatura un tanto elevada para los experimentos típicos de Mecánica Cuántica.
Para poder realizar este experimento de doble rendija con moléculas tan grandes los investigadores tuvieron que construir un sistema que lanzara las moléculas de tal modo que formara un haz. Al final de ese haz lograron ver el patrón de interferencia, por lo que las moléculas ocupaban varios puntos del espacio a la vez. Es ahora la plusmarca en experimentos de este tipo
Los autores del artículo sostienen que la próxima generación de experimentos de este tipo usarán partículas con una masa un orden de magnitud mayor.
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Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Ilustración: Yaakov Fein, Universität Wien.