La lámpara más pequeña del mundo abarca la física clásica y cuántica

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La lámpara incandescente más pequeña jamás construida, fabricada usando un nanotubo de carbono, ha sido diseñada en los Estados Unidos. Con 1,4 micrómetros de longitud y apenas 13 nanómetros de anchura, el filamento es invisible al ojo desnudo hasta que no se enciende.

El equipo de Chris Regan de la Universidad de California en Los Ángeles, unió un electrodo de paladio y oro en cada extremo del nanotubo de carbono, el cual cubre un diminuto agujero en un chip de silicio que se mantiene en un vacío.

Cuando la electricidad recorre el nanotubo se calienta y empieza a brillar, liberando millones de fotones cada segundo, de los cuales unos pocos miles alcanzan el ojo. “Esto hace que la luz sea relativamente fácil de ver”, dice Regan. “Tu ojo es sensible casi a cada fotón”. Pero sería una mala lámpara de lectura, bromea.

Acertijo cuántico

Es lo bastante brillante, no obstante, para arrojar luz sobre una de las incompatibilidades fundamentales de la física – el desajuste entre la termodinámica y la mecánica cuántica.

La segunda ley de la termodinámica dice que la entropía, o desorden, se incrementa con el tiempo, pero a escala cuántica la cosas no parecen ser tan direccionales – donde si viajas adelante o atrás en el tiempo, no debería haber más desorden. “No está claro cómo llegar desde las leyes mecánico cuánticas, las cuales describen los electrones en órbitas perpetuas alrededor del núcleo, a las leyes de la termodinámica que, digamos, es tan difícil como limpiar esa mancha de vino en tu alfombra”, dice Regan.

El filamento del nanotubo de carbono podría ayudar. “Es lo bastante grande para que las suposiciones estadísticas de la termodinámica se apliquen”, dice, “pero también es tan pequeña que se puede considerar como un sistema molecular, o cuántico”.

Cuerpo negro perfecto

Usándola, el equipo investigará la ley de la radiación de cuerpo negro de Planck – una teoría de hace un siglo que predijo cuánta luz emitiría una fuente suponiendo que su energía se liberase en paquetes discretos, o cuantos. El trabajo de Planck marca el desarrollo de la posterior mecánica cuántica a lo largo del siglo.

Sus leyes asumen que la radiación térmica liberada por un cuerpo negro – un absorbente perfecto y radiador de energía – será tan desordenada, o tan aleatoria, como sea posible. Por ejemplo, una lámpara incandescente caliente emitirá muchos fotones de distintos colores los cuales juntos hacen la luz blanca. Pero debido a que el filamento del nanotubo puede considerarse un sistema mecánico cuántico, Regan cree que puede no obedecer la ley – los fotones que libera pueden ser menos aleatorios que los de filamentos mayores.

“La mecánica cuántica es la teoría adecuada para usarse en sistemas con muy pocas partículas, y la termodinámica es la teoría correcta para usarse en sistemas con muchas partículas”, dice Regan. “No tenemos una teoría para el régimen intermedio entre estos dos límites, por esta razón es por la que realizamos el experimento”.


Referencia Original: Physical Review Letters

Autor: Colin Barras
Fecha Original: 1 de mayo de 2009
Enlace Original

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