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06/04/2012
Ondas o corpúculos, veamos un vídeo de interferencia cuántica
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Un experimento es una pregunta que se le hace a la Naturaleza. Dependiendo de lo habilidosos que seamos la respuesta puede ser más o menos interesante. Cuando nos vamos a la microescala en la que opera la Mecánica Cuántica (MC) el tipo de experimento que hagamos puede incluso cambiar completamente la respuesta que obtengamos.

Así por ejemplo, si queremos manifestar las propiedades ondulatorias de la luz un experimento de interferencia nos dice que la luz es efectivamente una onda. Si queremos manifestar su naturaleza corpuscular entonces un experimento fotoeléctrico nos dirá que efectivamente la luz se compone de partículas puntuales. La realidad es que la luz es la que es y somos nosotros los que la pretendemos encajar en un modelo mental nuestro, un modelo que no tiene por qué describir completamente la realidad física.

Esta dualidad también se presenta con partículas subatómicas. Así por ejemplo, podemos hacer interferir electrones entre sí y poner de manifiesto su naturaleza ondulatoria. Podemos lanzar un chorro de estas partículas hacia una doble rendija y ver como en la pantalla posterior se pone de manifiesto el típico patrón de interferencia.

Lo más sorprendente de este último experimento es que si de algún modo detectamos por dónde pasa el electrón, por qué rendija, entonces el patrón de interferencia desaparece y tenemos un comportamiento corpuscular. Al fijar un lugar por el que pasa o no el electrón estamos definiéndolo como un corpúsculo y de ahí que desaparezca su carácter ondulatorio.

Todo esto es aún más fascinante cuando en el haz de electrones de este experimento sólo hay un electrón de vez en cuando. Con eso impedimos que el electrón interfiera con otros electrones, pero aún así el efecto acumulado de varios electrones produce el patrón de interferencia. Digamos que la función de ondas del electrón "sabe" que hay dos rendijas y al explorarlas el electrón interfiere consigo mismo. De nuevo, si miramos por dónde pasa entonces desaparece la interferencia.

Patrones de interferencia de moléculas. Fuente: Nature.

Este experimento de la doble rendija es muy famoso y viene en todos los artículos y libros de divulgación de MC.
Pero si no nos conformamos con electrones podemos seguir con partículas mayores y seguiremos obteniendo patrones de interferencia. Si usamos átomos completos y los lanzamos contra una doble rendija vemos que se comportan como ondas. También se ha hecho con buckybolas. Pero, ¿dónde está el límite? Los automóviles que van por la carretera no exhiben un comportamiento ondulatorio, no obedecen la MC, son objetos clásicos.

En algún punto el micromundo deja de ser cuántico para ser clásico al crecer hasta el macromundo. Generalmente se asume que se produce una decoherencia que impide a objetos lo suficientemente grandes exhibir comportamientos cuánticos.
¿A qué escala el mundo cuántico pasa a ser clásico? ¿Depende de nuestra habilidad o es intrínseco?
Pues bien, se ha llegado a realizar el experimento de la doble rendija con moléculas que constan de 400 átomos. Quizás algún día se pueda hacer con virus, no lo sabemos.

Ahora un grupo internacional de físicos ha realizado un vídeo en tiempo real en el que se ve el patrón de interferencia en un experimento de doble rendija cuando se usan moléculas orgánicas de 58 y 114 átomos (C32H18N8 y C48H26F24N8O8 respectivamente). Las moléculas se producen por micro evaporación gracias aun láser, proceso que evita la destrucción de las moléculas y genera un intenso haz coherente de moléculas.
Además crearon una red de difracción (un equivalente de la doble rendija, peor con varias rendijas en lugar de sólo dos) de nitruro de silicio con una separación de 10 nm entre rendijas.

Para la detección de las moléculas emplearon microscopia por fluorescencia que depende de la excitación mediante un láser de las moléculas. La cámara permitía fijar la posición final de las moléculas con una precisión de 10 nm.
El video que grabaron permite apreciar el patrón de interferencia, patrón que responde de maravilla con los que aparecen en los libros de texto. Se cree que esta tecnología se puede escalar para así usar moléculas aún más grandes. ¿Qué será lo próximo?, ¿grandes moléculas de proteína o ADN?

Fuentes y referencias:
Artículo original.

Imagen en tiempo real de interferencia cuántica en una sola molécula


El video proviene de la información suplementaria en el trabajo "Real-time single-molecule imaging of quantum interference," de los autores  Thomas Juffmann, Adriana Milic, Michael Müllneritsch, Peter Asenbaum, Alexander Tsukernik, Jens Tüxen, Marcel Mayor, Ori Cheshnovsky y Markus Arndt, publicado en Nature Nanotechnology (2012) http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2012.34 (Publicado en línea el 25/03/2012).

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FUENTE

neofronteras.com / nature.com
neofronteras.com



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