Uno de los conceptos fundamentales e intrigantes de la mecánica cuántica es la dualidad onda-partícula, la cual la tienen todos los objetos materiales. La materia se puede comportar como onda o como partícula, de acuerdo con el experimento que se planteé. Esto no es muy difícil de entender conceptualmente, pero es más fácil aún demostrarlo en el laboratorio.
En un famoso experimento, un rayo de partículas (electrones), viajan hacia una placa que contiene dos ranuras. Los electrones que pasan por las ranuras quedan marcados en una pantalla detrás de éstas. Y aunque es de esperarse que los electrones lleguen como partículas, muchos electrones juntos pueden crear un patrón de interferencia que solamente puede ser explicado si los electrones actúan como ondas. Estas ondas se superponen y por eso se da la interferencia.
Más extraño es observar el efecto partícula-onda en objetos más grandes. De acuerdo a la mecánica cuántica, la dualidad onda-partícula y la superposicisión cuántica debe ocurrir para los objetos macroscópicos, por ejemplo células, virus e incluso pelotas de beisbol. Desde luego, nadie ha visto los efectos cuánticos de superposición de una pelota de beisbol o algo del tamaño de ésta. El esperimento es simplemente imposible de hacer para las escalas de los objetos cotidianos.
Esto último hace pensar en una pregunta: ¿qué tan grande puede ser el objeto para que los físicos hallen un efecto de partícula-onda? Sandra Eibengerger, de las Universidad de Viena en Austria, así como sus colegas, han logrado implantar un récord para observar la superposición en moléculas gigantes conteniendo unos 800 átomos. Este tipo de experimentos son muy difíciles de realizar pero en principio, se trata del mismo experimento de las dos ranuras y del mismo procedimiento. Pero en este caso, no se trata de un rayo coherente de electrones. No es el caso con las moléculas.
Eibenberger y colaboradores lo que hacen es calentar una muestra de moléculas de manera que se vaporicen y el gas pase por una angosta ranura para formar rayos que se curvan debido a la fuerza de gravedad. Otra ranura horizontal se abre y filtra solamente las moléculas que van a una velocidad específica, ya que aquellas que viajan más rápido o más lento, viajan en una parábola que pasa por encima o por debajo de la ranura. El resultado es un rayo de moléculas que tienen una energía cinética específica.
El problema es que pocas moléculas tan grandes pueden sobrevivir este proceso. Estas moléculas deben ser volátiles de manera que puedan formar un gas lo suficientemente fuerte para no descomponerse cuando se calienta. Por razones técnicas del experimento, estas moléculas también necestan ser polarizables y transparentes a la luz, en unas frecuencias especificas.
Todo esto no fue fácil de resolver, pero finalmente lograron un compuesto cuya fórmula es C284.H190.F320.N4.S12. Así entonces, se crea un haz de estas moléculas. Eibenberger y colegas lo pasaron por una serie de ranuras y se observó la superposición al pasar por las ranuras en cuestión. El equipo hizo las mediciones y halló que la molécula tenía una longitud de onda de unos 500 femtómetros, lo cual es cuatro órdenes de magnitud menor que el diámetro de una molécula por sí misma. “Nuestros datos confirman la delocalización coherente cuántica de un compuesto que tiene 5000 protones, 5000 neutrones y 5000 electrones”, indicaron. El resultado es impresionante y demuestra la superposicón cuántica a niveles macroscópicos.
Por el momento, estos son los objetos más grandes en donde se ha demostrado la superposición, que hace evidente a dualidad partícula-onda de la mecánica cuántica.
Referencias: