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Mecánica cuántica: el experimento de doble rendija de Feynman llevado a cabo totalmente


 Física / Astronomía
Alejandro Serrano   14/03/2013
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Por primera vez logra reproducirse el famoso experimento mental de Feynman con toda su metodología, una de las claves de la mecánica cuántica.
La precisa metodología del célebre experimento de Richard Feynman de la doble rendija, una de las piedras angulares de la mecánica cuántica que nos mostró que los electrones se comportan como partícula y como onda, ha sido seguido en su totalidad por primera vez.

Aunque la dualidad onda-partícula de los electrones ha sido demostrada de distintas formas desde que Feynman popularizara la idea en 1965, ninguno de los experimentos había podido replicar completamente la metodología del volumen 3 de las famosas Lectures on Physics de Feynman.

"La tecnología para realizar este experimento ha existido desde hace unas dos décadas. Sin embargo, realizar un registro adecuado de los datos de los electrones ha llevado grandes esfuerzos, y tres años de trabajo", asegura el autor principal del estudio, el profesor Herman Batelaan, de la Universidad de Nebraska-Lincoln.

"Experimentos previos de doble rendija habían demostrado las propiedades de los electrones, pero ninguno se había llevado a cabo utilizando la metodología de Feynman, específicamente en la aprtura y cierre de ambas rendijas a voluntad, y la habilidad de detectar electrones de uno en uno".

"El brillante experimento de Akira Tonomura utilizó un alambre deltado y cargado para separar los electrones y llevarlos de vuelta de nuevo, en vez de utilizar dos rendijas en una pared, como propuso Feynman. Los experimentos de Guilio Pozzi fueron los primeros en utilizar nanorendijas fabricadas en una pared; sin embargo, fueron recubiertas de material, con lo que no se podían abrir y cerrar automáticamente", afirma Batelaan.

En sus experimentos, publicados hoy 14 de marzo en la revista New Journal of Physics, Batelaan y su equipo, junto con colegas del Perimeter Institute of Theoretical Physics, crearon una moderna representación del experimento de Feynman dirigiendo un haz de electrones, capaz de disparar electrones individuales, a una pared hecha con una membrana de silicio recubierta de oro.

La pared tenía dos rendijas de 62 nanómetros de ancho, con una separación entre ellas de 272 nanómetros. Una máscara móvil de 4.5 µm (micrómetros) de acho y 10 µm de alto, controlada por un interruptor piezoeléctrico, se colocó tras la pared y se deslizó hacia atrás y hacia adelante para cubrir las rendijas.

"Hemos creado un experimento en el que ambas rendijas pueden ser abiertas y cerradas mecánicamente a voluntad, y más importante aún, combinado con la capacidad de detectar un solo electrón por vez. Hemos sido capaces de ilustrar una característica clave de la mecánica cuántica", continúa Batelaan.

El experimento mental de Richard Feynman examinaba teóricamente los resultados del experimento de Young analizando el movimiento de cada fotón disparado. La luz interacciona en cantidades discretas, en paquetes "cuantizados" o "cuánticos" denominados fotones.

Si una de las rendijas se cubre en ese experimento, los fotones individuales irían acumulándose sobre la pantalla en el tiempo creando un patrón con un único pico. Sin embargo, si ambas rendijas están abiertas los patrones de fotones incidiendo sobre la pantalla se convierten de nuevo en un patrón de líneas brillantes y oscuras. Este resultado parece confirmar y contradecir la teoría ondulatoria de la luz. Por un lado el patrón de interferencias confirma que la luz se comporta como una onda incluso si se envían partículas de una en una. Por otro lado, cada vez que un fotón de una cierta energía pasa por una de las rendijas el detector de la pantalla detecta la llegada de la misma cantidad de energía. Dado que los fotones se emiten uno a uno no pueden interferir globalmente así que no es fácil entender el origen de la "interferencia".

La teoría cuántica resuelve estos problemas postulando ondas de probabilidad que determinan la probabilidad de encontrar una partícula en un punto determinado, estas ondas de probabilidad interfieren entre sí como cualquier otra onda.

Fuente: Science Dialy.




 

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