Objetos artificiales que podrían atravesar paredes

Artículo publicado por Nathan Collins el 29 de noviembre de 2011 en Science Now

Si alguna vez has intentado el experimento, sabes que no puedes atravesar un muro. Pero las partículas subatómicas pueden realizar dicha hazaña a través de un extraño proceso llamado efecto túnel cuántico. Ahora, un equipo de físicos dice que podría ser posible observar tal tunelización con un objeto artificial de mayor tamaño, aunque otros dicen que la propuesta se enfrenta a grandes desafíos.

De tener éxito, el experimento sería un impresionante avance hacia los sistemas mecánicos que se comportan de forma mecánico cuántica. En 2010, los físicos dieron un paso clave adelante en esta dirección dirigiendo un diminuto objeto hacia estados de movimiento que pueden describirse mediante la mecánica cuántica. El tunelado sería un logro aún mayor.

Efecto túnel cuántico © by |M| Фотомистецтво


Pero, ¿cómo funciona el efecto túnel cuántico? Imagina que un electrón, por ejemplo, es una canica situada en uno de dos valles separados por una pequeña colina, que representa los efectos de un campo eléctrico. Para cruzar la colina de un valle al otro, la canica tiene que rodar con suficiente energía. Si tiene muy poca energía, entonces la física clásica predice que nunca podrá alcanzar la cima de la colina y cruzarla.

Sin embargo, partículas diminutas como los electrones, aún pueden lograr cruzarla incluso si no tienen suficiente energía para escalar la colina. La física cuántica describe tales partículas como ondas extendidas de probabilidad – y resulta que hay una probabilidad de que una de ellas se “tunelice” a través de la colina y se materialice repentinamente en el otro valle, incluso aunque el electrón no puede asaltar el terreno elevado entre los dos valles.

Suena improbable, pero científicos e ingenieros han demostrado ampliamente el efecto túnel cuántico en semiconductores en los que los electrones se tunelizan a través de capas de material aislante. (De hecho, algunos tipos de discos duros magnéticos dependen de la tunelización para leer datos). Y el microscopio de efecto túnel depende de que los electrones se tunelicen a través de un territorio prohibido entre una diminuta sonda similar a un dedo y una superficie conductora. Aun así, nadie ha visto nunca un objeto macroscópico tunelizarse a través de un obstáculo.

Pero Mika Sillanpää y sus colegas de la Universidad Aalto en Finlandia dice que podría ser posible hacerlo usando simplemente un minúsculo aparato que recuerda a un trampolín, tal y como informan el 8 de noviembre en Physical Review B. Los investigadores crearían el micrométrico trampolín a partir de grafeno, una lámina superfuerte y superflexible de carbono de sólo un átomo de grosor. Suspenderían la membrana – pequeña pero mucho mayor que los átomos y moléculas que son el dominio habitual de la física cuántica -  sobre una placa de metal. Cuando los experimentadores aplicasen un voltaje eléctrico, la membrana tendría dos posiciones estables: una en la que se inclina ligeramente en el medio, y otra en la se que curva lo suficiente para entrar en contacto con la placa de debajo.

En el diseño del equipo finlandés, las fuerzas eléctricas y mecánicas sobre la membrana crean una barrera de energía entre estas dos posiciones. Si los investigadores pudiesen rebajar la energía de la membrana enfriándola a una temperatura menor de una milésima de grado sobre el cero absoluto, entonces la única forma que tendría para pasar entre las dos posiciones es el túnel cuántico. Los experimentadores podrían observar entonces el cambio de configuración en la membrana buscando cambios en la capacitancia del sistema, una medida de lo bien que puede almacenar la carga eléctrica. Sillanpää dice que parar lograr unas temperaturas tan bajas como las requeridas se necesitarían varios años, pero el equipo está avanzando con un experimento.

El túnel cuántico en un sistema mecánico es “el tipo de santo grial que la gente busca ahora mismo”, dice el físico Walter Lawrence del Dartmouth College, pero el experimento probablemente será difícil. Gil-Ho Lee, físico en la Universidad Pohang de Ciencia y Tecnología en Corea del Sur, dice que el experimento propuesto sería un importante primer paso adelante hacia la demostración del efecto túnel cuántico. Pero advierte que podría no ser concluyente debido a que la membrana podría realizar cambios similares cuando absorbe un poco de energía extra en forma de calor. “Debe hacerse un test más sofisticado”, dice Lee. Dice que la búsqueda del efecto túnel cuántico en sistemas eléctricos conocidos como uniones Josephson se enfrentó a problemas similares en la década de 1980 antes de que, finalmente, los experimentos confirmasen el tunelado.

Pero, ¿por qué no puedes usar el efecto túnel cuántico para atravesar un muro? Los cálculos de la mecánica cuántica demuestran que para cosas tan grandes como una persona, la probabilidad es tan pequeña que podrías que esperar hasta el final del universo y, aun así, muy probablemente no te verías al otro lado.


Autor: Nathan Collins
Fecha Original: 29 de noviembre de 2011
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Comments (4)

  1. Fly

    Siempre me hace gracia las probabilidades. Para que se creasen las cadenas de aminoácidos que dieron lugar a la vida, había una probabilidad tan baja que lo raro es que haya vida. Eso dicen. Para que te toque el euromillón tiene una probabilidad que jugando la misma combinación siempre, no llegaría a tocarte nunca. Pero siempre se da por hecho que en esas probabilidades va a salir en última posición. ¿Y si no es asi? Aunque sea poco probable, ¿porque no puede ocurrir en la iteración 10.000 en vez de la 1.000.000.000.000?

    • reneco

      La estadística tiene su utilidad cuando hay la la suficiente cantidad de eventos que la hagan evidente, pero cuando no ocurre eso estamos en presencia de un milagro, que numéricamente si se admite su posibilidad

    • curro

      Siempre que se habla de probabilidad recuerdo a aquel arquero que lanzó la flecha en la inauguración de Barcelona 92. Contó después que en los ensayos habia acertado 7 de 8 disparos. Eso le daba un porcentaje muy elevado de éxito, pero él decía que a la hora del disparo definitivo todo se reducía a un 50%, acertaba o no.

  2. MNDJ

    Lo que tu planteas es practicamente imposible, porque seria algo asi como que todos los electrones protones etc de toodo tu cuerpo se “pusieran de acuerdo” todos al mismo tiempo para atravesar la barrera o en este caso pared. Ya es dificil que pasen una pequeña cantidad justo en el mismo instante, como para que pasen millones y millones.

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