Dos son multitud para las partículas cuánticas

 

Aunque un electrón solo se comportará como una entidad cuántica pura, la mera presencia de otro electrón es suficiente para provocar que el electrón haga una transición del comportamiento cuántico al clásico – de acuerdo con un equipo internacional de físicos que han realizado una extraña aunque simple versión del famoso experimento de la “doble rendija”. El resultado podría tener importantes implicaciones para los que buscan crear dispositivos de computación cuántica de estado sólido, donde minimizar las interacciones electrón-electrón es un reto clave (Science 318 949).

 

La doble rendija más pequeña: La absorción de uno de los fotones emite dos electrones de la molécula de hidrógeno. La interacción entre los electrones (línea amarilla ondulada) lleva a una pérdida de interferencia en la distribución angular del electrón. El experimento muestra el primer paso de la transición del mundo cuántico al mundo clásico. (Cortesía de Till Jahnke, Universidad de Frankfurt)

El comportamiento ondulatorio, o cuántico, de las partículas individuales es observado raramente dado que las partículas tienden a interactuar con el entorno – por ejemplo a través de la gravedad, interacciones eléctricas o radiación térmica. Estas interacciones dan como resultado una transición del comportamiento cuántico al clásico llamado decoherencia. Se ha observado decoherencia en electrones, átomos, pequeñas moléculas y más recientemente en objetos macroscópicos, tales como moléculas C60 y C70.

Todos estos experimentos implican pasar las partículas o moléculas altamente aisladas a través de una doble rendija y observar como el patrón de interferencia – que es la firma del comportamiento cuántico – se hace más débil conforme las partículas interactúan con el entorno.

Sin embargo, los investigadores no estaban seguro sobre el nivel mínimo de interacción al que tiene lugar la decoherencia. Ahora, Reinhard Doerner de la Universidad de Frankfurt en Alemania y sus colegas han ayudado a contestar esta pregunta estudiando lo que ellos llaman la “doble rendija más simple de todos los tiempos” – una molécula de hidrógeno, la cual comprende dos electrones y dos protones.

Los investigadores comenzaron lanzando un simple fotón de alta energía a una molécula de hidrógeno, la cual expulsó los dos electrones de la molécula. Uno de los electrones y los dos protones formaron un sistema simple de partícula/rendija. Este electrón forma un patrón de interferencia cuántica cuando pasa a través de la rendija. El segundo electrón, que se mueve mucho más lento que el primero, actúa como un entorno mínimo para el otro electrón. Interactúa con el primer electrón a través de las interacciones de Coulomb, llevando a una pérdida de contraste en los contornos de interferencia observados en la distribución angular de este electrón.

El experimento demuestra que sólo es necesario un pequeño número de partículas para volver un sistema cuántico en uno clásico. “La fragmentación de la molécula de hidrógeno es un problema de cuatro cuerpos que puede resolverse de forma numérica usando los ordenadores de hoy”, dijo Doerner a physicsworld.com. “Nuestros resultados podrían proporcionar un banco de resultados para algunas de las teorías más avanzadas de la física de pocos cuerpos”

Lo siguiente que plantea hacer el equipo, compuesto por científicos de Estados Unidos, España y Rusia es observar cómo se destruye la interferencia rompiendo la simetría de la molécula de hidrógeno. Harán esto sustituyendo uno de los átomos de hidrógeno por su isótopo más pesado de deuterio.

Fuente: Ciencia Kanija