jueves, 17 de mayo de 2012

Viendo el nacimiento de un electrón

Los procesos atómicos tienen lugar a escalas extremadamente pequeñas, pero las mediciones de la Universidad Tecnológica de Viena han hecho posible la visualización de los mismos con una precisión sin precedentes.

Un potente haz de rayos laser puede arrancar un electrón de un átomo, un proceso que tiene lugar casi de forma instántanea, pero a la UTV, este fenómeno se puede estudiar con una ventana de tiempo de menos de diez attosegundos (la diez billonésima parte de un segundo). El equipo de científicos ha tenido éxito en la observación de un átomo siendo ionizado y un electrón libre naciendo. Estas mediciones aportan valiosa información acerca de los electrones en el átomo, el cual hasta ahora no era experimentalmente accesible, tales como la evolución temporal de la fase cuántica del electrón, el ritmo al cual oscilan las ondas cuánticas.

En el experimento, se dispararon pulsos cortos de láser a los átomos. Cada pulso láser se puede describir como onda de luz, la onda barre el átomo y por tanto el campo eléctrico circundante cambia. Dicho campo arranca un electrón del átomo, pero el preciso momento en que tiene lugar no puede ser definido. El electrón no es eliminado del átomo en un momento dado del tiempo durante la interacción con el pulso láser. Hay una superposición de varios procesos, como suele ser el caso en la mecánica cuántica. Estos procesos se combinan, de forma parecida a las ondas en la superficie del agua, formando un complejo patrón de ondas. Estas interferencias de onda mecánico cuánticas nos dan información del estado cuántico inicial del electrón durante el proceso de ionización.

Al igual que las ondas, las partículas cuánticas en este experimento interfieren de forma constructiva o destructiva. El ciclo de la onda de electrones es extremadamente corto, por tanto la fase cuántica cambia rápidamente. Normalmente, esta fase cuántica apenas puede ser medida, pero combinando mediciones de alta precisión y elaborados cálculos teóricos, se pudo obtener información acerca de la fase cuántica del electrón.

Una herramienta importante para estas mediciones fue un haz láser muy especial, que contiene dos longitudes de onda distintas. La interacción del pulso láser con el átomo pudo ser medida forma precisa, usando dichos pulsos, midiendo la fase cuántica que tenía el electrón dentro del átomo, respecto del ritmo definido por la luz del láser, antes de que fuera arrancado por el láser. Esta fase cuántica nos da información acerca del estado de energía del electrón dentro del átomo, y sobre la posición precisa en que tiene lugar la ionización.

Via Universidad tecnológica de Viena

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