Los científicos estudian partículas que viajan más rápido que la luz

Patrik Schach y Enno Giese, físicos de la TU Darmstadt, buscan redefinir el tiempo: creen que nuestras mediciones anteriores pueden haber sido inexactas. Los investigadores llegaron a esta propuesta gracias al fenómeno del túnel cuántico, donde las partículas parecen moverse más rápido que la velocidad de la luz.

Le damos sentido al mundo que nos rodea a través de la mecánica clásica. En este ámbito, las leyes de la física reinan y las partículas tienden a seguirlas. Sin embargo, al profundizar un poco más en el ámbito cuántico, incluso la teoría de la relatividad se derrumba.

El movimiento de partículas más rápidas que la luz dentro de un túnel cuántico hizo que los investigadores se preguntaran si medimos el tiempo con precisión. Schach y Giese propusieron un nuevo diseño experimental para medir el tiempo de una partícula en túnel, dadas sus capacidades únicas en el dominio cuántico.

¿Qué es el túnel cuántico?

En la física clásica, una partícula como un electrón sólo puede cruzar una barrera de energía potencial si tiene la energía para superarla. Por otro lado, en mecánica cuántica, la partícula puede cruzar dicha barrera incluso si sus niveles de energía son más bajos. Esto se llama túnel cuántico.

Esto se atribuye en la mecánica cuántica a las propiedades ondulatorias de la partícula, que le permiten «atravesar» la barrera incluso con un nivel de energía más bajo. Según la mecánica cuántica, este efecto túnel depende del ancho y la altura de la barrera, así como de la energía de la partícula.

Aunque la construcción de túneles también parece violar las leyes de conservación de la energía, la partícula aparece al otro lado de la barrera con la misma energía que antes. Así no se gana ni se pierde energía durante el proceso.

Los investigadores creen que la formación de túneles también desempeña un papel en la desintegración radiactiva, permitiendo que las partículas escapen del núcleo incluso si no tienen suficiente energía para escapar de la barrera de potencial nuclear. Además, el fenómeno podría utilizarse para aplicaciones como la microscopía y el almacenamiento de memoria.

Según la mecánica cuántica, los átomos pueden comportarse como ondas y partículas simultáneamente. Su naturaleza ondulatoria puede ayudarles a superar una barrera energética. Sin embargo, cuando los átomos hacen un túnel, resulta difícil predecir cuándo aparecerán en el otro lado, es decir, cuándo tendrán que hacer un túnel.

Nuevo diseño experimental

En lugar de confiar en métodos convencionales para medir el tiempo, Schach y Giese proponen utilizar la partícula del túnel como un reloj. Una partícula que no forma un túnel servirá como referencia en dicha configuración.

Al comparar estos dos relojes naturales, los investigadores pretenden determinar si el tiempo pasa más rápido, más lento o igual de rápido cuando las partículas hacen túneles.

Los investigadores planean utilizar los niveles de energía oscilantes entre los átomos para lograrlo. Utilizando un pulso láser, los investigadores harán oscilar los átomos y pondrán en marcha el reloj. Durante la excavación del túnel, se produce un ligero cambio de ritmo y se utilizará un segundo pulso láser para interferir las ondas.

Al medir la interferencia, el equipo puede medir con precisión el tiempo transcurrido. El desafío, sin embargo, es que la diferencia de tiempo que se debe medir es extremadamente corta, de 10 a 26 segundos. Para superar este problema, los investigadores proponen utilizar nubes de átomos en lugar de átomos individuales para amplificar el efecto.

El plan experimental fue publicado en la revista. Los científicos progresan.