El extraño vínculo entre esferio y helio

EsferioUna extraña e hipotética sustancia conocida como esferio, puede ayudar a desvelar los secretos cuánticos de la materia real, dicen los físicos.

El esferio es un material hipotético que se forma cuando dos electrones están confinados en la superficie de una esfera.

Esta sustancia es la idea de Pierre-Francois Loos y Peter Gill de la Universidad Nacional Australiana en Canberra, que la revelaron por primera vez el año pasado. Hoy, continúan la exploración de sus propiedades y comportamiento y llegan a una interesante sorpresa.

El esferio, dicen, es uno de los pocos sistemas cuánticos para los cuales es posible resolver con exactitud la ecuación de Schrodinger que describe su estado para cierta parte del espectro de energía. Pero esta no es la sorpresa.

Los modelos simples resolubles son de gran interés para los físicos dado que pueden revelar importantes propiedades de un sistema cuántico sin usar la intratable complejidad matemática que normalmente aparece. Pero el número de sistemas cuánticos exactamente resolubles pueden contarse con los dedos de una mano.

Por lo que en los últimos años, la física cuántica ha buscado modelos cuasi-resolubles que puedan resolverse exactamente pero sólo en una parte limitada del espectro de energía. Estos resultan ser más numerosos y útiles. Desarrollarlos se ha convertido casi en un arte.

El esferio cae dentro de esta categoría. Y Loos y Gill no se refieren a ninguna de las viejas esferas. Han calculado las propiedades de varias esferas d-dimensionales (una d-esfera es la superficie de una bola de dimensiones d+1).

La sorpresa es que los electrones confinados en la superficie de una 3-esfera (es decir, la superficie de una bola 4-D) se comportan de forma notablemente similar a los electrones confinados en un espacio 3D real. “Por tanto, hemos defendido que el 3-esferio puede ser el modelo más apropiado para estudiar los sistemas atómicos o moleculares ‘reales’”, dicen Loos y Gill.

Señalan, en particular, a la similitud entre las propiedades del 3-esferio y los iones de helio. En cierta forma no es demasiado difícil de imaginar. Claramente, la esperanza es que el esferio les ayude a entender también otros sistemas.

Esto es interesante y ciertamente prometedor. Lo que Loos y Gill parecen estar apuntando es que la química del esferio – la forma en que se unen sus átomos – proporcionará una nueva forma de estudiar el comportamiento cuántico de las moléculas reales y átomos artificiales.

Y, de ser así, entonces ¿quién dice que no hay una tabla periódica de esferas con 3, 4 y más electrones que puedan arrojar también resultados cuasi-resolubles? La química cuántica podría no volver a ser la misma. Apuesto a que Loos y Gill tarabajarán febrilmente para hacérnoslo saber.


Artículo de Refencia: arxiv.org/abs/1004.3641: Excited States of Spherium
Fecha Original: 23 de abril de 2010
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Comments (4)

  1. Guillermo

    Muy interesante el hecho de que pueda resolverse con exáctitud la ecuación de Schrodinger para este elemento. Desde luego Sería un gran cambio en la Química Cuántica.
    Muy interesante la noticia y muy interesante la página, felicidades. :D

    • Hay otros sistemas que pueden resolver cuasi-exactamente. Un ejemplo es el átomo de Hooke (o átomo harmónico), muy parecido al esferio. Hasta donde yo sé los sistemas exactamente solucionables son todos de dos electrones. Sería interesante ver si hay alguno -especialmente con potencial Coulómbico- de tres electrones.

  2. Se demostró en el siglo XIX que el “problema de los tres cuerpos”, que es lo que sería ese sistema de tres electrones, es irresoluble en general; sólo se pueden resolver aproximaciones suponiendo una de las partículas inmovil o sin interracción sobre las otras (dos planetas pequeños orbitando una estrella grande, o un asteroide casi sin masa orbitando dos estrellas).

  3. Helena Gomez

    ¿Y a quién le importa en el mundo macroscópico la incertidumbre de Schrodinger? En realidad no nos importa si un átomo determinado se desintegra o no, lo que importa en un reactor nuclear es que en un intervalo de tiempo determinado se produzcan una serie determinada de reacciones nucleares, no si afecta a esta o a aquella partícula. De la misma manera cuando lleno el depósito de mi coche de gasolina con millones de moleculas de esta sustancia no me importa si una molecula determinada será la primera o la última que llegue al motor, lo que me importa es que cada segundo una cierta cantidad de gasolina llegue al motor.

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