Las moléculas gigantes pueden estar en dos lugares a la vez, gracias a la física cuántica.
Eso es algo que los científicos han sabido desde hace mucho tiempo que es teóricamente cierto basado en unos pocos hechos: Cada partícula o grupo de partículas en el universo también es una onda, incluso partículas grandes, incluso bacterias, incluso seres humanos, incluso planetas y estrellas. Y las ondas ocupan múltiples lugares en el espacio a la vez. Así que cualquier trozo de materia también puede ocupar dos lugares a la vez. Los físicos llaman a este fenómeno «superposición cuántica», y durante décadas, lo han demostrado usando partículas pequeñas.
Pero en los últimos años, los físicos han ampliado sus experimentos, demostrando la superposición cuántica utilizando partículas cada vez más grandes. Ahora, en un artículo publicado en septiembre. 23 en la revista Nature Physics, un equipo internacional de investigadores ha hecho que moléculas compuestas de hasta 2.000 átomos ocupen dos lugares al mismo tiempo.
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Para lograrlo, los investigadores construyeron una versión complicada y modernizada de una serie de famosos experimentos antiguos que demostraron por primera vez la superposición cuántica.
Los investigadores sabían desde hacía mucho tiempo que la luz, disparada a través de una sábana con dos hendiduras, crearía un patrón de interferencia, o una serie de flecos claros y oscuros, en la pared detrás de la sábana. Pero la luz se entendía como una onda sin masa, no como algo hecho de partículas, así que esto no era sorprendente. Sin embargo, en una serie de experimentos famosos en la década de 1920, los físicos mostraron que los electrones disparados a través de películas delgadas o cristales se comportarían de una manera similar, formando patrones como lo hace la luz en la pared detrás del material de difracción.
Si los electrones fueran simplemente partículas, y por lo tanto pudieran ocupar solo un punto en el espacio a la vez, formarían dos tiras, aproximadamente la forma de las hendiduras, en la pared detrás de la película o cristal. Pero en cambio, los electrones chocaron contra esa pared en patrones complejos que sugieren que los electrones se habían interferido a sí mismos . Ese es un signo revelador de una ola; en algunos lugares, los picos de las olas coinciden, creando regiones más brillantes, mientras que en otros lugares, los picos coinciden con valles, por lo que los dos se anulan entre sí y crean una región oscura. Debido a que los físicos ya sabían que los electrones tenían masa y eran definitivamente partículas, el experimento mostró que la materia actúa tanto como partículas individuales como como ondas.
Pero una cosa es crear un patrón de interferencia con electrones. Hacerlo con moléculas gigantes es mucho más complicado. Las moléculas más grandes tienen ondas menos fáciles de detectar, porque los objetos más masivos tienen longitudes de onda más cortas que pueden conducir a patrones de interferencia apenas perceptibles. Y estas partículas de 2.000 átomos tienen longitudes de onda más pequeñas que el diámetro de un solo átomo de hidrógeno, por lo que su patrón de interferencia es mucho menos dramático.
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Para llevar a cabo el experimento de doble rendija para cosas grandes, los investigadores construyeron una máquina que podía disparar un haz de moléculas (cosas descomunales llamadas «oligotetrafenilporfirinas enriquecidas con cadenas de fluoroalquilsulfanilo», algunas más de 25,000 veces la masa de un simple átomo de hidrógeno) a través de una serie de rejillas y láminas con múltiples rendijas. La viga tenía unos 6,5 pies (2 metros) de largo. Eso es lo suficientemente grande como para que los investigadores tuvieran en cuenta factores como la gravedad y la rotación de la Tierra en el diseño del emisor de haz, escribieron los científicos en el artículo. También mantuvieron las moléculas bastante calientes para un experimento de física cuántica, por lo que tuvieron que tener en cuenta el calor que empujaba a las partículas.
Pero aún así, cuando los investigadores encendieron la máquina, los detectores en el extremo más alejado del haz revelaron un patrón de interferencia. Las moléculas ocupaban múltiples puntos en el espacio a la vez.
Es un resultado emocionante, escribieron los investigadores, que demuestra la interferencia cuántica a escalas más grandes de lo que nunca se había detectado.
«La próxima generación de experimentos de ondas de materia empujará la masa en un orden de magnitud», escribieron los autores.
Por lo tanto, se avecinan demostraciones aún más grandes de interferencia cuántica, aunque probablemente no sea posible dispararse a través de un interferómetro en el corto plazo. (En primer lugar, la aspiradora en la máquina probablemente te mataría.) Nosotros, los seres gigantes, tendremos que sentarnos en un solo lugar y ver cómo las partículas se divierten.
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Publicado originalmente en Live Science.
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