Nanotecnología y misterios cuánticos

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 28 de marzo de 2012

La mecánica cuántica, teoría que explica los fundamentos del comportamiento de la materia, está llena de sorpresas y conceptos que van en contra de la intuición.

Uno de los más extraños es la idea de que toda partícula (fotones, electrones, átomos… y hasta un camión) se comporta, a la vez, como una onda. El científico inglés Thomas Young demostró, alrededor de 1807, que un haz de luz se comporta como onda al pasar a través de dos ranuras. Al hacerlo, se divide en dos ondas que interfieren una con otra, provocando que haya zonas de mayor luminosidad (donde las ondas se refuerzan, pues sus crestas y valles coinciden) y otras de casi oscuridad (donde se cancelan mutuamente, pues las crestas de una coinciden con los valles de la otra). La luz forma así un patrón de líneas luminosas y oscuras sobre una pantalla.

El problema es que años después, en 1905, Albert Einstein demostró, mediante su explicación del efecto fotoeléctrico, que la luz está compuesta por partículas: los fotones. Entonces, ¿onda o partícula? Resulta que, de algún modo, ambas respuestas son correctas: la partícula tiene asociada una onda. Hoy se habla de la “dualidad onda-partícula” de la luz, como propuso el físico francés Luis de Broglie en 1924.

Más tarde se ha demostrado que no sólo los fotones se comportan así: en 1961 se repitió el experimento de la doble ranura usando electrones, y posteriormente se ha logrado con neutrones, átomos y hasta moléculas pesadas, como el futboleno (o buckminsterfullereno, formado por 60 átomos de carbono). En todos los casos, al pasar por las rendijas, las partículas forman un patrón de interferencia, mostrando su comportamiento ondulatorio.

Pero lo más sorprendente es que incluso una sola de estas partículas puede interferir ¡consigo misma! al pasar por las rendijas (lo cual se logra haciendo pasar las partículas no en un chorro, sino una por una: el patrón de interferencia se va formando paulatinamente, conforme las partículas se van acumulando sobre la pantalla). Se confirma así, indudablemente, que la materia se comporta también como onda en la escala cuántica.

La gran pregunta es, ¿hasta qué tamaño siguen siendo apreciables esos efectos cuánticos, imperceptibles en el mundo macroscópico en el que vivimos? (no parecen tener efectos, por ejemplo, en el nivel celular, ni en nuestras computadoras o teléfonos celulares…).

Molécula de ftalocianina
y uno de sus derivados fluorados

En el más reciente capítulo de esta carrera por demostrar la interferencia cuántica en tamaños cada vez mayores, Markus Arndt, de la Universidad de Viena, y sus colegas publican en la revista Nature Nanotechnology (25 de abril marzo de 2012) un artículo donde explican cómo lograron obtener un patrón de difracción usando moléculas derivadas de un pigmento llamado ftalocianina, de hasta 114 átomos: las más pesadas hasta ahora. Para ello usaron una combinación de técnicas nanotecnológicas, como la producción de un chorro de moléculas usando un rayo láser, la creación de una rejilla de difracción ultradelgada (menos de 100 nanómetros, o millonésimas de milímetro, que actúa como las ranuras en el experimento) y una técnica de fluorescencia para detectar las moléculas, que quedan adheridas a una superficie de cuarzo que actúa como pantalla (y dejan así un registro fijo del experimento, a diferencia de lo que se había logrado anteriormente).

Dejando de lado la sarta de tonterías que pretenden mezclar la mecánica cuántica con asuntos esotéricos, el trabajo de Arndt y su grupo muestra cómo las más recientes tecnologías de nanofabricación y nanovisualización pueden ayudarnos a explorar mejor dónde se hallan los límites de la mecánica cuántica… si es que los hay.

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