El túnel cuántico es una peculiaridad de la mecánica cuántica. Este permite que las partículas atraviesen obstáculos que normalmente serían demasiado difíciles de superar. Ahora, un equipo de físicos austriacos ha observado por primera vez el extraño fenómeno. Los detalles de la investigación fueron publicados en Nature.
En química, es usual que la construcción de moléculas exija un cierto costo de energía. Sin embargo, la teoría cuántica también brinda excepciones. En casos extremadamente raros, es posible que los átomos en las proximidades se abran paso a través de esta barrera de energía y se conecten sin ningún esfuerzo.
Túnel cuántico
Un equipo de físicos de la Universidad de Innsbruck liderados por Robert Wild realizó un experimento que midió la fusión de iones de deuterio con moléculas de hidrógeno. Al terminar vieron el túnel cuántico en acción, siendo el primer experimento mundial de este tipo.
Comprender el papel que juega el túnel cuántico en la construcción y reordenamiento de las moléculas podría tener ramificaciones importantes. Por ejemplo, nos ayudaría a realizar mejores cálculos de liberación de energía en reacciones nucleares, como las del hidrógeno en estrellas y reactores de fusión.
Las ondas cuánticas son los fantasmas que impulsan el extraño comportamiento de objetos como electrones, fotones e incluso grupos enteros de átomos. Además, son las responsables de que estos objetos ocupen varias posiciones posibles y no solo se ubiquen en un lugar preciso.
Tal desenfoque es insignificante para objetos más grandes como moléculas, humanos y galaxias. Pero a medida que nos acercamos a las partículas subatómicas individuales, el rango de posibilidades se expande. Esto obliga a los estados de ubicación de varias ondas cuánticas a superponerse.
Una de esas regiones para un electrón podría estar dentro de la zona de enlace de una reacción química, soldando átomos y moléculas vecinas sin el auge-choque-aplastamiento del calor o la presión. Fenómeno conocido como el efecto túnel cuántico.
El experimento
Para llevar a cabo este experimento, los investigadores enfriaron los iones negativos de deuterio a una temperatura que los detuvo. Luego, introdujeron un gas hecho de moléculas de hidrógeno.
Sin calor, era mucho menos probable que el ion de deuterio tuviera la energía necesaria para obligar a las moléculas de hidrógeno a reorganizar los átomos. Aun así, también obligó a las partículas a sentarse en silencio una cerca de la otra, dándoles más tiempo para unirse a través del túnel.
Como resultado, las posibles reacciones en la trampa tuvieron unos 15 minutos. Después, se determinó la cantidad de iones de hidrógeno formados. A partir de su número, se pudo deducir con qué frecuencia se había producido una reacción.
La cifra fue un poco más de 5 x 10-20 reacciones por segundo que tienen lugar en cada centímetro cúbico. Esto es alrededor de un evento de túnel por cada cien mil millones de colisiones. Aunque la frecuencia es muy baja, el experimento respalda el modelo anterior.
Los túneles cuánticos juegan un papel bastante importante en una amplia gama de reacciones nucleares y químicas. Por ese motivo, obtener un control preciso de los factores en juego nos brinda una base más sólida para nuestras predicciones sobre él.