Entre las características extrañas de la mecánica cuántica está el fenómeno conocido como tunelización cuántica, donde una partícula subatómica supera una barrera que sería infranqueable en otros tipos de física. A generaciones de estudiantes de física se les ha enseñado este fenómeno con analogías como objetos que pasan a través de paredes sólidas, pero el tiempo que toma este proceso siempre ha sido un misterio.

Ahora, un nuevo estudio ha establecido un límite superior en el tiempo que lleva, uno tan corto que el proceso puede ser instantáneo, en cuyo caso estas partículas excederían la velocidad de la luz.

El túnel ciertamente ocurre tan rápido que es difícil de medir. Los esfuerzos recientes han usado átomos más pesados, que requieren mediciones indirectas. El Dr. Igor Litvinyuk, de la Universidad de Griffith, dijo en un comunicado que la Australian Attosecond Science Facility es el único lugar en el mundo con los tres tipos de equipos necesarios para medir el tiempo que tardan los electrones en llegar al túnel desde las garras de los átomos de hidrógeno.

Un proceso ultra-veloz

Litvinyuk ayudó a utilizar esa combinación, informando en Nature que el proceso no toma más de 1.8 attosegundos. Un attosegundo es 10 -18 o un billonésimo de un billonésimo de segundo.

Litvinyuk dijo en un comunicado:

“Es difícil apreciar lo breve que es eso, pero se necesita un electrón de aproximadamente cien attosegundos para orbitar un núcleo en un átomo”.

El tiempo de túnel establece un límite en la rapidez con la que los transistores podrían cambiar teóricamente, por lo que tener tan poco tiempo hace que las computadoras ultrarrápidas sean más realistas.

Litvinyuk y Sang están abiertos a la posibilidad de que la tunelización sea instantánea. Si es así, el electrón viajaría una distancia en tiempo cero, excediendo la velocidad de la luz.

Litvinyuk dijo que el equipo no está seguro de una afirmación tan notable, pero «no puede ver por qué esto es imposible». Agregó que «esto es física cuántica», una frase que explica casi cualquier rareza.

“Esto no significa necesariamente que las velocidades superluminosas puedan usarse para transportar información”.

Incluso si el trabajo de Litvinyuk no pone un gran problema en la teoría de la relatividad, aún podría enseñarnos mucho sobre la física cuántica. Algunos procesos subatómicos implican una secuencia de pasos, incluida la tunelización.

Esquema del experimento, que muestra cómo el campo eléctrico giratorio crea un reloj para medir el tiempo de escape del electrón
Esquema del experimento, que muestra cómo el campo eléctrico giratorio crea un reloj para medir el tiempo de escape del electrón. Crédito: Sainadh et al./Nature

Litvinyuk dijo:

“Sabemos que el átomo de prueba nos da un retraso cero, por lo que todos los demás retrasos se pueden calibrar con respecto a eso”.

Para hacer el hallazgo, Litvinyuk bombardeó los átomos de hidrógeno en campos eléctricos rotativos con ráfagas de luz inmensamente cortas pero poderosas. Estos estimulaban los túneles electrónicos, con el ángulo de escape de los electrones dependiendo del tiempo de tunelización. Las direcciones de los electrones eran indistinguibles de las que tomarían si la tunelización fuera instantánea.

Las ráfagas de luz transportaron 30 gigavatios de energía, más que la norma para toda la red eléctrica de Australia. Litvinyuk dijo que cada pulso se producía al comprimir ondas mucho menos energéticas para producir un estallido de radiación coherente excepcionalmente breve.

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