La tunelización cuántica es casi instantánea, según muestran los experimentos

La tunelización, una característica clave de la mecánica cuántica, es cuando una partícula que se encuentra con una barrera aparentemente insuperable pasa a través de ella y termina al otro lado. Una serie de experimentos llevados a cabo por físicos de la Universidad Griffith, la Universidad de Lanzhou, la Universidad Nacional Australiana, la Universidad Drake y el Instituto de Ciencias Básicas de Corea han determinado definitivamente el retardo de túnel, que es también el tiempo que tarda un electrón en salir o ionizarse de un átomo de hidrógeno. Satya Sainadh y otros pusieron un límite superior de 1,8 attosegundos a cualquier retraso en la construcción de túneles, de acuerdo con los hallazgos teóricos y descartando la interpretación de todos los `tiempos de construcción de túneles' comúnmente utilizados como tiempo que pasa un electrón debajo de la barrera potencial.

"En el mundo clásico, las leyes de la física de Newton son las que obedecen a los grandes cuerpos físicos", dijo el coautor, el profesor Robert Sang, del Centro de Dinámica Cuántica de la Universidad de Griffith. "Si te apoyas en una pared, esa pared retrocede con fuerza para que no la atravieses. Pero cuando uno baja al nivel microscópico, las cosas se comportan de manera muy diferente. Aquí es donde las leyes de la física cambian de clásicas a cuánticas".

El profesor Sang y sus colegas realizaron experimentos en la Australian Attosecond Science Facility durante tres años que midieron el tiempo que tarda una partícula en atravesar esa pared. "Usamos el átomo más simple, el hidrógeno atómico, y hemos descubierto que no hay demora en lo que podemos medir", dijo el profesor Sang. Los investigadores establecieron un experimento en el que utilizaron una de las propiedades de la luz y la convirtieron en un "reloj" llamado attoclock. Al enviar un pulso de luz para interactuar con un átomo de hidrógeno, establece las condiciones para que el único electrón de ese átomo pueda hacer un túnel a través de una barrera.

"Hay un punto bien definido en el que podemos comenzar esa interacción, y hay un punto en el que sabemos de dónde debe salir ese electrón si es instantáneo", dijo la profesora Sang. "Así que cualquier cosa que varíe desde ese momento sabemos que ha llevado tanto tiempo atravesar la barrera. Así es como podemos medir el tiempo que toma". "Se llegó a un acuerdo con la teoría de que la incertidumbre experimental es consistente con la construcción instantánea de túneles."

El tiempo de tunelización que el equipo midió no fue más de 1.8 attosegundos, mucho más pequeño de lo que algunas teorías habían predicho. "Ahora sabemos que el tiempo de excavación del túnel debe ser inferior a 1,8 attosegundos, que es la milmillonésima parte de una milmillonésima parte de un segundo", dijo el Dr. Igor Litvinyuk, también del Centro de Dinámica Cuántica de la Universidad de Griffith. "Es difícil apreciar lo corto que es eso, pero le toma a un electrón unos cien attosegundos orbitar un núcleo en un átomo." "Las pruebas anteriores en otros lugares usaban átomos más complicados, que contenían varios o muchos electrones", explicó.

"Para explicar la interacción entre diferentes electrones, usaron diferentes modelos aproximados. Y de esos modelos extrajeron los tiempos". "Nuestro modelo no usaba aproximaciones porque no teníamos que preocuparnos por las interacciones electrón-electrón." "Además, en uno de esos experimentos midieron el tiempo relativo entre dos especies de átomos y no el tiempo de retraso para un solo átomo." Los hallazgos aparecen en la revista Nature. U. Satya Sainadh et al. Rayas angulares y tiempo de tunelización en el hidrógeno atómico. Nature, publicado en línea el 18 de marzo de 2019; doi: 10.1038/s41586-019-1028-3