Las Moléculas Más Grandes Se Comportan Como Ondas En El Experimento De Doble Rendija Cuántica

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Los científicos han observado el efecto cuántico espeluznante de la "dualidad onda-partícula" en moléculas que contienen hasta 114 átomos que pasan por el experimento clásico de doble rendija.

Uno de los experimentos más famosos en física cuántica, que demostró por primera vez cómo las partículas pueden comportarse de forma extraña como ondas, se ha llevado a cabo en las moléculas más grandes de la historia.

Los investigadores han enviado moléculas que contienen 58 o 114 átomos a través del llamado "experimento de doble rendija", que muestra que causan un patrón de interferencia que solo se puede explicar si las partículas actúan como ondas de agua, en lugar de pequeñas canicas.

Los investigadores dijeron que no era una conclusión inevitable que las partículas tan grandes actuarían de esta manera.

"En cierto modo, es un poco sorprendente, porque son moléculas muy complejas y también flexibles; cambian de forma mientras vuelan por el aparato", dijo Markus Arndt, de la Universidad de Viena en Austria, un co-líder de el proyecto. "Si hablas con la comunidad, tal vez el 50 por ciento diría que esto es normal porque es la física cuántica, y el otro 50 por ciento realmente se rascaría la cabeza porque es la física cuántica".

De hecho, el experimento de doble rendija, uno de los fundamentos de la física cuántica, fue votado como el "experimento más hermoso" en una encuesta de 2002 de lectores de Physics World.

Hermoso experimento

El experimento fue llevado a cabo a principios del siglo XIX por el científico inglés Thomas Young en un esfuerzo por descubrir si la luz es una onda o una colección de partículas diminutas. [Gráfico: Las partículas más pequeñas de la naturaleza explicadas]

Young envió un rayo de luz a través de una placa con dos rendijas paralelas cortadas. Cuando la luz golpeó una pantalla detrás de la placa, produjo un patrón de bandas oscuras y brillantes que solo tiene sentido si la luz es una onda, con crestas (puntos altos) y canales (puntos bajos). Cuando las crestas de dos ondas se superponen, crean un parche especialmente brillante, pero cuando se superponen una cresta y un canal, se anulan entre sí, dejando un espacio oscuro.

Los resultados del experimento mostraron que la luz se comporta como una onda, y refutó la idea popular de los siglos XVII y XVIII de que la luz estaba hecha de pequeñas partículas discretas. Sin embargo, en 1905, la explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico mostró que, además de comportarse como ondas, la luz también actúa como partículas, lo que lleva a la noción actual de "dualidad onda-partícula".

El experimento de la doble rendija volvió a mejorar la física en 1961 cuando el físico alemán Claus Jönsson demostró que cuando los electrones pasaban por las dos rendijas, también producían un patrón de interferencia.

Los resultados fueron impactantes, porque si los electrones fueran partículas individuales como se pensaba, entonces no producirían tal patrón, sino que crearían dos líneas brillantes donde impactaron la pantalla después de pasar por una u otra de las rendijas. (aproximadamente la mitad pasaría a través de una rendija, y el resto a través de la otra, formando así las dos líneas después de que una serie de partículas hubieran atravesado).

Este innovador experimento desconcertó e irritó a los físicos, quienes sabían por otras pruebas que los electrones también se comportan como partículas. En última instancia, mostró que son, de alguna manera, ambos.

"Ver el experimento de dos rendijas es como ver un eclipse total de sol por primera vez: una emoción primitiva pasa a través de ti y los pequeños pelos de tus brazos se levantan", escribió el astrónomo Alison Campbell, de la Universidad de St. Andrews de Escocia, a Physics World. "Piensas que esta cosa de ondas de partículas es realmente cierta y los cimientos de tu conocimiento cambian y dominan".

Ola de probabilidad

Si los electrones fueran ondas, viajarían a través de ambas rendijas a la vez, mientras que las partículas deben viajar a través de una u otra rendija, se pensó. E incluso los electrones se desaceleraron hasta el punto en que solo uno pasa por el experimento a la vez y logra interferir entre sí. ¿Cómo puede ser esto?

La teoría moderna de la mecánica cuántica tardó en explicar los resultados al sugerir que las partículas existen en un estado de incertidumbre, en lugar de en un momento y lugar específicos, hasta que las observamos, obligándolas a elegir. Por lo tanto, las partículas que viajan a través de la placa no tienen que seleccionar la ranura A o la ranura B; en efecto, viajan a través de ambos.

Esta es una de las formas en que las partículas en el pequeño mundo cuántico se comportan de manera extraña, divergiendo del mundo macroscópico y clásico comprensible de las personas, los edificios y los árboles. Pero los científicos se han preguntado dónde está el límite entre los dos, y si existe uno.

"Algunos físicos sostienen que debe haber un umbral objetivo entre la física cuántica y la física clásica", dijo Arndt a WordsSideKick.com. "Eso también es desconcertante".

Si hay un límite, las moléculas de los 58 y 114 átomos de los investigadores, hechas de enlaces de carbono, hidrógeno y nitrógeno, lo están empujando.

"Todavía estamos en la extraña situación de que si crees que la física cuántica lo es todo, entonces todos estamos conectados de alguna manera, lo que es difícil de creer. Pero también es difícil creer que la física cuántica termine en algún momento. Eso es por qué grupos como nosotros intentamos aumentar la complejidad [de nuestras moléculas] para ver si hay un umbral en algún momento ".

Los resultados de la investigación, dirigida por Thomas Juffmann, también de la Universidad de Viena, se publicaron en línea el 25 de marzo en la revista Nature Nanotechnology.

Puede seguir a la escritora senior de WordsSideKick.com, Clara Moskowitz en Twitter @ClaraMoskowitz. Para más noticias científicas, sigue a WordsSideKick.com en twitter @wordssidekick.


Suplemento De Vídeo: Este Experimento te Dejará LOCO | La Doble Rendija.




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