Observan por primera vez la onda asociada a un electrón

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Evolución del paquete de ondas electrónico resultante de la ionización del átomo de helio

Científicos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y el Instituto IMDEA Nanociencia han realizado, junto a investigadores franceses, la primera observación en tiempo real del nacimiento y la evolución del paquete de ondas asociado al movimiento de un electrón. El hallazgo ya ha sido publicado en la revista Science y puede dar lugar al diseño de nuevos materiales.

Además de proporcionar la el rastro visual del comportamiento ondulatorio de los electrones, y de las interferencias que conlleva dicho movimiento, el elevado grado de control y la alta resolución temporal alcanzados por el estudio permitirán desarrollar técnicas de diseño de paquetes de onda electrónicos en sistemas atómicos y moleculares, y eventualmente alterar su movimiento. Todo ello abre las puertas al control de las propiedades electrónicas de sistemas atómicos y moleculares, lo cual podría tener una incidencia directa en nanotecnología al permitir el diseño de materiales con propiedades electrónicas inusuales.

Para medir el paquete de ondas asociado al electrón y las interferencias asociadas a su posterior evolución, los investigadores han bombardeado un átomo de helio con una sucesión de pulsos de luz de attosegundos (la escala de tiempo natural de los electrones). A continuación han inducido la ionización del mismo átomo por dos caminos diferentes, uno directo (ionización directa) y otro retardado (autoionización).

Al igual que una onda interfiere consigo misma cuando se desplaza por dos caminos distintos que llevan al mismo destino, la superposición de la ionización directa y la autoionización también da lugar a interferencias, las cuales se manifiestan en forma de picos con perfil asimétrico. De esta manera, los científicos han podido determinar la amplitud y la fase del paquete de ondas electrónico producido por el tren de attosegundos y, de ahí, reconstruir la película que muestra el nacimiento de dicho paquete de ondas y el posterior establecimiento de la interferencia.

Dualidad onda-corpúsculo

El principio de la dualidad onda-corpúsculo, introducido en 1924 por el físico francés Louis Victor De Broglie, es una de las paradojas más intrigantes de la Física Cuántica. Según este principio, cualquier constituyente del universo se comporta a la vez como onda y como partícula, y dependerá del contexto el que se manifieste más de una forma que de la otra. Así, partículas materiales como los electrones pueden experimentar fenómenos de interferencia y de difracción similares a los que exhiben las ondas, en particular la luz.

La dualidad onda-corpúsculo no se observa en el mundo macroscópico que nos rodea y sólo se puede observar si se desciende a la escala atómica, en la que las distancias se miden en nanómetros, las masas en unidades atómicas y el tiempo en attosegundos. Sin embargo, la propia existencia del universo y de la vida misma se deben en gran medida a esta dualidad onda-corpúsculo.

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