La comparación de los patrones de difracción detrás de una combinación de hendiduras grabadas con precisión permite probar la mecánica cuántica con moléculas complejas.

En mecánica cuántica, las partículas pueden comportarse como ondas y tomar muchos caminos a través de un experimento. Requiere solamente combinaciones de pares de trayectorias, preferiblemente a tres o más, para determinar la probabilidad para que una partícula llegue en alguna parte.

Investigadores de las universidades de Viena y Tel Aviv han abordado esta cuestión por primera vez utilizando explícitamente la interferencia de ondas de moléculas grandes detrás de varias combinaciones de hendiduras simples, dobles y triples.

La mecánica cuántica describe cómo la materia se comporta en las más pequeñas escalas de masa y longitud. Sin embargo, la ausencia de fenómenos cuánticos en nuestra vida cotidiana ha desencadenado una búsqueda de modificaciones mínimas de la mecánica cuántica, que podría ser sólo perceptible para las partículas masivas.

Un candidato debe buscar la llamada interferencia de orden superior. En la mecánica cuántica estándar, el patrón de interferencia resultante de un número arbitrario de trayectorias abiertas que no interactúan siempre puede ser descrito por todas las combinaciones de pares de trayectorias. Cualquier patrón restante sería debido a la interferencia de orden superior y sería un indicador posible para la nueva física.

Mientras que esta regla se ha probado antes con la luz y la radiación de microondas, los investigadores en las universidades de Viena y de Tel Aviv han ejecutado por primera vez un experimento centrado en las moléculas masivas. “La idea se conoce desde hace más de veinte años, pero sólo ahora tenemos los medios tecnológicos para reunir todos los componentes y construir un experimento capaz de probarlo con moléculas masivas”, dice en un comunicado Christian Brand, uno de los autores del estudio.

En sus experimentos en la Universidad de Viena, los investigadores del Grupo de Nanofísica Cuántica dirigido por Markus Arndt prepararon moléculas orgánicas complejas como ondas de materia. Esto se consiguió evaporándolos desde un punto del tamaño de una micra en alto vacío y dejándolos evolucionar libremente durante algún tiempo. Después de un tiempo, cada molécula se deslocalizó, extendiéndose a través de muchos lugares a la vez.

Esto significa que cuando cada molécula encuentra una máscara que contiene múltiples hendiduras, puede atravesar muchas de las hendiduras en paralelo. Al comparar cuidadosamente la posición de las moléculas que llegan al detector detrás de una combinación de hendiduras simples, dobles y triples, fueron capaces de colocar límites en cualquier contribución multitrayecto.

Un componente crucial del experimento es la máscara – una membrana ultrafina en la que se fabricaron matrices de hendiduras simples, dobles y triples. Fue diseñado y fabricado por Yigal Lilach y Ori Cheshnovsky en la Universidad de Tel Aviv. Tuvieron que diseñar una máscara de difracción, donde la desviación máxima en las dimensiones de la hendidura no era mucho mayor que el tamaño de las moléculas que estaba difractando.

La máscara fue integrada en el laboratorio de Viena y los investigadores estudiaron una amplia gama de velocidades moleculares en la misma serie experimental. Para todos ellos, los científicos encontraron el patrón de interferencia para seguir las expectativas de la mecánica cuántica estándar con un límite superior en la desviación de menos de una partícula en un centenar.

“Esta es la primera vez que una prueba explícita de este tipo se ha realizado con partículas masivas”, dice Joseph Cotter, el primer autor de esta publicación.

“Pruebas anteriores han empujado las fronteras con fotones individuales y microondas. En nuestro experimento, ponemos límites a la interferencia de orden superior de objetos masivos”.

El estudio se publica en Science Advances.

Fuente: Europa Press