¿Quién está jugando con mis átomos?

Un experimento realizado en Israel demuestra la transferencia de átomos de un lugar a otro mediante un efecto túnel cuántico entre pinzas ópticas. La investigación, dirigida por el profesor Yoav Sagi y la estudiante de doctorado Yanay Florshaim del Solid State Institute, se publicó en Science Advances .

El experimento se basa en pinzas ópticas, una herramienta experimental para capturar átomos, moléculas e incluso células vivas utilizando un potencial óptico creado por rayos láser enfocados a un punto de tamaño micrométrico.

La luz láser genera un gradiente de fuerza que «atrapa» partículas en el punto focal del haz, permitiendo a los investigadores moverlas y estudiarlas con gran precisión.

Estas herramientas se emplean en biología, física y química para investigar interacciones a nivel celular y molecular, y han tenido aplicaciones importantes en estudios de ADN, proteínas y otros sistemas biológicos.

¿Cómo es esto posible?

La interacción de la luz con la materia genera una fuerza proporcional a la intensidad de la luz.

Esta fuerza es demasiado débil para afectar nuestra vida diaria, pero cuando se trata de partículas diminutas como los átomos, puede ser lo suficientemente fuerte como para mantenerlas en su lugar o moverlas de un lugar a otro.

La invención de las pinzas ópticas, que se han convertido en una herramienta importante en la física, le valió al físico Arthur Ashkin el Premio Nobel de Física en 2018.

Al cambiar las distancias entre cada par de pinzas adyacentes, controlaron dinámicamente la velocidad de tunelización de los átomos entre ellas.

La tunelización es un fenómeno exclusivo del mundo cuántico, donde las partículas tienen la oportunidad de atravesar una barrera de potencial que no pueden superar de manera clásica.

Al controlar la velocidad de tunelización, los investigadores pudieron transferir átomos de manera fluida y eficiente entre las dos pinzas exteriores.

Además, los investigadores demostraron que, aunque los átomos se mueven entre ambos lados de la cadena, la probabilidad de encontrarlos en la pinza del medio es muy baja.

Esta característica intrigante del esquema de transferencia se puede entender recordando que en la teoría cuántica, una partícula se describe mediante un paquete de ondas.

En el esquema mostrado en el experimento, las ondas interfieren destructivamente en la trampa del medio, haciendo imposible encontrar los átomos allí.