Recientemente un equipo de científicos de la Universität Wien han logrado que moléculas gigantes, compuestas por 2.000 átomos, se encuentren en dos lugares a la vez, gracias a la física cuántica.

Eso es algo que los científicos saben desde hace mucho tiempo que es teóricamente cierto en base a algunos 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. Por lo tanto, cualquier fragmento de materia también puede ocupar dos lugares a la vez. Los físicos llaman a este fenómeno «superposición cuántica», y durante décadas lo han demostrado utilizando 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 la revista Nature Physics, un equipo internacional de investigadores ha causado que una molécula formada por hasta 2.000 átomos ocupe dos lugares al mismo tiempo.

Representación artística que sugiere el comportamiento de moléculas grandes y complejas que se extienden como ondas en el espacio. Crédito: Yaakov Fein / Universität Wien

Una molécula en dos lugares a la vez

Para lograrlo, los investigadores construyeron una versión complicada y modernizada de una serie de famosos experimentos antiguos que primero demostraron la superposición cuántica.

Los investigadores sabían desde hace tiempo que la luz, disparada a través de una sábana con dos hendiduras, crearía un patrón de interferencia, o una serie de franjas claras y oscuras, en la pared detrás de la sábana. Pero la luz se entendía como una onda sin masa, no como algo hecho de partículas, por lo que esto no fue 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 manera similar, formando patrones como la luz en la pared detrás del material difractor.

Si los electrones fueran simplemente partículas, y así pudieran ocupar solo un punto en el espacio a la vez, formarían dos tiras, aproximadamente la forma de las ranuras, en la pared detrás de la película o el cristal. Pero en cambio, los electrones golpean esa pared en patrones complejos que sugieren que los electrones habían interferido consigo mismos. Esa es una señal reveladora de una ola; en algunos puntos, los picos de las olas coinciden, creando regiones más brillantes, mientras que en otros lugares, los picos coinciden con los canales, por lo que los dos se cancelan entre sí y crean una región oscura. Debido a que los físicos ya sabían que los electrones tenían masa y definitivamente eran partículas, el experimento demostró que la materia actúa como partículas individuales y como ondas.

Experimento complicado

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.

Para llevar a cabo el experimento de la doble rendija para grandes cosas, los investigadores construyeron una máquina que podría disparar un haz de moléculas (cosas gigantescas llamadas «oligo-tetrafenilporfirinas enriquecidas con cadenas de fluoroalquilsulfanilo», algunas más de 25.000 veces la masa de un átomo de hidrógeno simple) a través de una serie de rejillas y láminas con múltiples rendijas. El rayo tenía aproximadamente 2 metros de largo. Eso es lo suficientemente grande como para que los investigadores tuvieran que tener en cuenta factores como la gravedad y la rotación de la Tierra al diseñar el emisor del haz, escribieron los científicos en el documento. También mantuvieron las moléculas bastante calientes para un experimento de física cuántica, por lo que tuvieron que tener en cuenta el calor que empuja 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, demostrando la interferencia cuántica a escalas más grandes que nunca antes se habían detectado.

Los autores escribieron en su informe:

La próxima generación de experimentos de ondas de materia empujará la masa en un orden de magnitud”.

Entonces… ¿será posible hacer experimentos con humanos?

Por lo tanto, se realizarán demostraciones aún más grandes de interferencia cuántica, aunque probablemente no sea posible hacer un experimento con objetos más grandes (como nosotros) en el corto plazo. En primer lugar, el vacío en la máquina probablemente te mataría. Por ahora solo tendremos que sentarnos en un lugar y ver cómo las partículas se divierten.

El estudio científico ha sido publicado en la revista Nature Physics.

Fuente: Scientific American / Space.com