Simples moléculas cuántica en movimiento

La física cuántica de las partículas masivas ha intrigado a los físicos durante más de 80 años, ya que se piensa que incluso las partículas complejas pueden mostrar un comportamiento similar a una onda. Un equipo internacional de científicos ha logrado grabar un vídeo que muestra la acumulación de un patrón de interferencia de onda de materia obtenido de simples moléculas de colorante, que es tan grande (de hasta 0,1 mm) que fácilmente se puede ver con una cámara.

Esto permite visualizar las dualidades de partícula y onda, su azar y determinismo, su localización y deslocalización de una manera particularmente intuitiva. La película, obra de Thomas Juffmann, se ha publicado en “Nature Nanotechnology”.

El físico Richard Feynman dijo una vez que los efectos de interferencia causados por las ondas de materia contiene el misterio único de la física cuántica. Comprender y aplicar las ondas de materia de nuevas tecnologías también está en el corazón de la investigación llevada a cabo por el equipo de Quantum Nanophysics en torno a Markus Arndt, en la Universidad de Viena y el Centro Quantum Science and Technology de Viena.

Ahora, los científicos han “estrenado” una película que muestra la acumulación de un patrón de interferencia cuántico de partículas individuales de ftalocianina llegadas estocásticamente después de que estas moléculas de colorante altamente fluorescentes atravesaran una nanorrejilla ultra-delgada. Tan pronto como llegan las moléculas a la pantalla, los investigadores toman imágenes en vivo utilizando un microscopio de fluorescencia de resolución espacial, cuya sensibilidad es tan alta que de cada molécula se pueden obtener imágenes de forma individual con una exactitud de aproximadamente 10 nanómetros. Esto es menos de una milésima del diámetro de un cabello humano y aún menos de 1/60 de la longitud de la onda de la luz de imagen.

En estos experimentos, las denominadas fuerzas de van der Waals entre las moléculas y las rejillas representan un desafío particular. Estas fuerzas surgen debido a las fluctuaciones cuánticas, y afectan en gran medida el patrón de interferencia observado. Con el fin de reducir la interacción de van der Waals, los científicos utilizaron rejillas de 10 nanómetros (sólo alrededor de 50 capas de nitruro de silicio). Estas rejillas ultrafinas fueron fabricados por el equipo de nanotecnología de Ori Cheshnovski en la Universidad de Tel Aviv, que utiliza un haz de iones enfocado a reducir los cortes necesarios en una membrana independiente.

Ya en este estudio, los experimentos pudieron extenderse a derivados de ftalocianina más pesados que fueron hechos a medida por Marcel Mayor y su grupo en la Universidad de Basilea. Representan las moléculas más grandes en cuántica de campo lejano de difracción hasta el momento.

Estos experimentos tienen un componente fuertemente didáctico: revelan los complejos patrones de difracción cuántica a escala macroscópica de una sola partícula que es visible para el ojo. Pueden verse surgir en tiempo real y duran horas en la pantalla. Los experimentos de este modo hacen particularmente tangible y visible la dualidad onda-partícula de la física cuántica.

Los experimentos tienen un punto de vista práctico, también. Permiten acceder a las propiedades moleculares cercanas a las interfaces sólidos y muestran un camino hacia el futuro para los estudios de difracción en las membranas de grosor atómico.

Fuente

Acerca de A. Arrieta

Físico egresado de la Universidad de Córdoba con sede en la Ciudad de Montería. Magister en Física de la Universidad Nacional de Colombia con sede en la ciudad de Medellín. Docente del Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) y docente adscrito a la Secretaría de Educación de Medellín. "Amarrar el conocimiento no te hace más sabio, en cambio compartirlo te hace más útil a la sociedad, trascender y no morir para siempre"
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