Electrones ubicuos

publicado el 27 de noviembre de 2005 en «Milenio Diario»
columna: «se descubrió que...»

 

Se ha vuelto a confirmar con una aproximación novedosa: investigadores del Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck en Berlín mostraron que los electrones tienen características tanto de onda como de partícula, simultáneamente, y pueden pasar de un estado al otro y volver al anterior, lo cual de inmediato tendrá repercusiones en la computación cuántica, ahora en la fase del más entusiasta desarrollo. Como onda, pasan por dos vías a la vez.

En colaboración con científicos del California Institute of Technology (Caltech) en Pasadena y empleando átomos de nitrógeno, probaron que las características de onda y de partícula existen de manera simultánea en el electrón y que con sólo apretar un botón puede ser llevado de un estado al otro. Utilizando en su prueba dos isótopos pesados de nitrógeno, N14 y N15, lograron resultados aplicables a la construcción de moléculas artificiales, y a la mencionada computación cuántica. Sus resultados aparecieron en Nature.

Hace un siglo comenzó el reconocimiento de este carácter dual de la materia: onda y partícula al mismo tiempo, cuando Einstein sugirió que la partícula o quantum de luz, el ahora llamado fotón, era una onda electromagnética y a la vez una partícula, planteamiento que suena profundamente contradictorio.

Einstein seguía la propuesta de Max Planck, quien poco antes había publicado su noción de quantum o paquetes de energía, otra idea que va contra la intuición de que la energía es continua, o sea que se puede subdividir tanto como se quiera. No es así, dijo Planck. La energía tiene una última unidad, y la llamó quantum. La propuesta de Einstein logró explicar un misterio de la física: que la luz, una onda, arranca electrones, que son partículas, de los metales, y que la cantidad de electrones arrancados no depende de la intensidad de la luz, sino de su color, de su longitud de onda. Se conoce como efecto fotoeléctrico ese hecho y su explicación fue uno de los tres artículos que publicó Einstein en su "año milagroso", 1905. Celebramos el centenario. Por esto, 2005 fue declarado Año Internacional de la Física.

En 1923, Louis de Broglie propuso que no únicamente el fotón o cuántum de luz, sino los ladrillos mismos que forman la materia, los electrones, protones, etcétera, también debían comportarse como ondas. Apenas cuatro años después, en 1927, su genial intuición fue confirmada de manera experimental en Estados Unidos: los electrones dejaban en una placa fotográfica rayas de interferencia, propias de las ondas. Toda la naturaleza tiene ese carácter dual y ninguno de sus componentes puede ser considerado sólo como onda o partícula, si bien al hablar nos seguimos refiriendo a esos componentes básicos como partículas subatómicas.

Sabemos es sólo una manera de hablar, porque no tenemos otra expresión. Es lo que Niels Bohr llamó Principio de Complementariedad, que enunciado de manera sencilla dice: Cada componente natural tiene carácter de partícula y de onda, y sólo adquiere un estado de estos dos cuando se efectúa una observación. ¿Le parece confuso? No se preocupe: a los grandes físicos también. El mismo Bohr dijo, respecto de la cuántica: Si a usted no le da vértigo, es que no ha entendido.

Durante toda su vida, Einstein sostuvo que debía existir una realidad independiente del observador y, habiendo sido uno de los padres fundadores de la cuántica, se negó luego a seguirla hasta sus consecuencias más contrarias al sentido común. Pero experimentos realizados y repetidos a lo largo de todo el siglo XX han comprobado los peores temores de Einstein: un electrón lanzado hacia dos rendijas deja sobre papel fotográfico un patrón de ondas semejante al que vemos cuando lanzamos dos piedras al agua: unas ondas interfieren con otras. Es la prueba de que el electrón, base de toda la materia, incluidos los seres humanos, es una onda. Pero...

Pero si cerramos una de las rendijas, y así podemos conocer la trayectoria del electrón, deja entonces en el papel marca de partícula. Se comprueba así que es partícula... pero es onda... Los físicos hace tiempo dejaron de cuestionarse estos hechos porque los experimentos más refinados y complejos terminan por comprobar lo mismo: la naturaleza es dual, onda y partícula.

Los científicos del Max Planck y el Caltech han hecho una última y definitiva demostración con átomos de nitrógeno. Y algo más: que los electrones pueden pasar de un estado al otro, y regresar al anterior, de partícula a onda y de onda a partícula, a voluntad del investigador.

Los 125 años de Science

¡Chin! Se me adelantó Martín Bonfil en "La ciencia por gusto" (que es la buena): Antonio Lazcano, biólogo de la Facultad de Ciencias de la UNAM, es una de las "global voices of science", la serie de ensayos con la que la revista Science ha venido celebrando sus 125 años de existencia. Observación evidente: cuando Estados Unidos no era ninguna potencia industrial ni económica, ya figuraba en la ciencia de punta. En 1880 ya estábamos perdiendo el paso.

La nota de Lazcano, en el número del 4 de noviembre, destaca la aparente contradicción de que México, país de mayoría católica, no tenga objeción en incluir a Darwin en sus libros de texto gratuitos. Se explica, dice, porque Roma hace tiempo dejó de abogar por una lectura literal de la Biblia y el papa Juan Pablo II reconoció, ante la Academia Pontificia de Ciencias, que la evolución no es una mera hipótesis. La paradoja, o parajoda, como decía Emilia García Riera, es que ahora el mayor riesgo contra esa apertura mexicana al estudio de la evolución nos viene de Estados Unidos, en boca de los predicadores evangélicos que han logrado imponer la enseñanza del creacionismo en estados como Kansas. Felicitaciones a Toño Lazcano.

 

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