En esta tercera entrega de la maravillosa realidad que nos rodea hemos decidido dar un paso más allá, ahora haremos un salto al mundo de la física de partículas que tanto ha maravillado a los físicos y a las físicas a lo largo de su historia. Dentro de nuestra experiencia cotidiana se encuentran algunos fenómenos que sin duda no dejan a nadie indiferente. A parte de preguntarnos el por qué de ciertas cosas, iremos más allá hasta llegar a quebrar nuestra propia intuición. Abróchense los cinturones porque avisamos de que vienen curvas.

Partículas vs pared.

La vida nunca es fácil por la mañana. Quién no se ha despertado un día, casi sonámbulo, decidido a salir a comerse el mundo, y estrepitosamente se ha topado contra una pared o una puerta. Sin duda nuestro estado de somnolencia nos jugó una mala pasada. Entonces suspiraríamos resignados: ¡Ay!, ¡qué sería del mundo si pudiéramos atravesar las paredes!

Lo que sorprendentemente ocurre es que si usted le preguntara a un electrón sobre esta cuestión, le respondería con cierto aire prepotente: ¡Pobre ser macroscópico!, ¿todavía no concibes la probable posibilidad de que se pueda atravesar una pared? ¡maldito ingenuo! El hecho es que en mecánica cuántica existe una cierta probabilidad de que las partículas puedan atravesar una pared y, de hecho, lo hacen. Esto ocurre por ejemplo en el proceso de emisión espontánea de partículas alfa. Este fenómeno es conocido en mecánica cuántica como efecto túnel.

Lo que ocurre es que las partículas en la formulación de Schrödigner vienen descritas por su función de onda, y esta a su vez nos da la probabilidad de encontrar a la partícula en cierto punto del espacio, y esta probabilidad, cuando se hace un estudio exhaustivo del problema, se muestra distinta de cero detrás de la pared. Por tanto, si la discusión le deja un poco insatisfecho, quédese con que no es tanto el hecho de que pase algo o no, sino de que pueda pasar con una cierta probabilidad o no.

Las dos caras de la física de partículas.

Seguramente nuestro lector ha tenido que sufrir alguna vez en su vida la nada fácil tarea de desenmascarar a un “amigo” que hablaba mal de él a su espalda. Lo que coloquialmente se conoce como tener una doble cara.

Destrozado, nuestro lector iría en busca de consuelo a casa de su amigo electrón, para que este le aconsejara. Pero lo que recibe de su amigo es algo que le desconcierta, electrón le asegura que tener una doble cara es algo natural en el mundo de donde él viene (el mundo microscópico de las partículas), y que nada ve de falso en la actitud del amigo de nuestro querido lector. La física del propio electrón está ligada a una doble naturaleza, a mostrar una doble cara, lo que se conoce como la dualidad onda-corpúsculo.

El electrón, por ejemplo, es en sí una partícula con una masa y una carga definida, pero si usted hace pasar un haz de electrones a través de una doble rendija, verá* lo que se llama un patrón de difracción, una propiedad exclusivamente ligada al comportamiento ondulatorio. La clave del problema vuelve a ser la onda de probabilidad* que describe al electrón. Las ondas de probabilidad, la de que pase el electrón por una rendija, o que pase por otra, son ciertamente lo que está interfiriendo en realidad. Estas son las ondas que se unen para formar el patrón que observamos en la pared.

Notas:

Hay que tener cuidado ciertamente con la terminología que se suele usar para poder entender mejor los conceptos pero con la que, por otra parte, conviene ser también riguroso. Con respecto al experimento del electrón, obviamente no podríamos “observar” directamente el patrón de interferencia de un haz de electrones, esto sí podríamos hacerlo con los fotones, los cuales nuestros ojos sí pueden detectar. Cuando nos referimos a “observar” sería tras la recogida del patrón con un instrumento específico para ello.

Por otro lado, el concepto de onda de probabilidad es un poco presuntuoso y bastante delicado, en un vídeo producido por el IFT (Instituto de Física Teórica) se habla de una manera más fina a la hora de plantear esto, sin duda le recomiendo su visualización, ya que también habla de otra parte importante de la mecánica cuántica como es la ecuación de Schrödigner, y además da una idea mucho más clara sobre la interpretación del concepto de onda-corpúsculo.

Bibliografía

• Foto difracción de electrones: https://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_de_Young#Formulaci%C3%B3n_moderna
• Foto del efecto túnel: https://francis.naukas.com/2015/02/25/energia-cinetica-negativa-y-efecto-tunel-cuantico/ . Con respecto a este último enlace, se recomienda enormemente visitar la página web, encontrará numerosos posts muy interesantes sobre ciencia.
• Si le interesan estos temas, se recomienda la lectura de Desayuno con partículas de Sonia Fernández-Vidal.

Miguel Jiménez Ortega y Marcos Pardeiro Álvarez.

Comunidad de Quantum Society.