En el experimento de doble rendija, una partícula viaja por dos caminos diferentes al mismo tiempo. Algo similar se puede observar cuando un átomo de helio se ioniza con un rayo láser. La ionización del helio puede ocurrir a través de dos procesos diferentes, y esto conduce a efectos de interferencia característicos. Un equipo de científicos ha logrado ahora observar la acumulación de estos efectos, aunque este efecto tiene lugar en una escala de tiempo de femtosegundos.

Definitivamente es el experimento más famoso de la física cuántica:en el experimento de doble rendija, se dispara una partícula sobre una placa con dos rendijas paralelas, por lo que hay dos caminos diferentes en los que la partícula puede llegar al detector en el otro lado. Debido a sus propiedades cuánticas, la partícula no tiene que elegir entre estas dos posibilidades, puede pasar por ambas ranuras al mismo tiempo. Algo bastante similar se puede observar cuando un átomo de helio se ioniza con un rayo láser.

Al igual que los dos caminos a través del plato, la ionización del helio puede ocurrir a través de dos procesos diferentes al mismo tiempo, y esto conduce a efectos de interferencia característicos. En el caso del átomo de helio, se llaman "resonancias Fano". Un equipo de científicos de TU Wien (Viena, Austria), el Instituto Max-Planck de Física Nuclear en Heidelberg (Alemania) y la Universidad Estatal de Kansas (EE. UU.) han logrado observar la acumulación de estas resonancias Fano, aunque este efecto tiene lugar en una escala de tiempo de femtosegundos.

El experimento se realizó en Heidelberg, la propuesta original para tal experimento y simulaciones por computadora fueron desarrolladas por el equipo de Viena, cálculos teóricos adicionales provienen de la Universidad Estatal de Kansas.

Camino directo e indirecto

Cuando un pulso de láser transfiere suficiente energía a uno de los electrones en el átomo de helio, el electrón se arranca del átomo de inmediato.

Hay, sin embargo, otra forma de ionizar el átomo de helio, que es un poco más complejo, como explica el profesor Joachim Burgdörfer (TU Wien):"Si al principio el láser eleva ambos electrones a un estado de mayor energía, uno de los electrones puede volver al estado de menor energía. Parte de la energía de este electrón se transfiere al segundo electrón, que luego puede salir del átomo de helio ".

El resultado de estos dos procesos es exactamente el mismo:ambos convierten el átomo de helio neutro en un ion con un electrón restante. Desde esta perspectiva, son fundamentalmente indistinguibles.

Resonancias Fano

"De acuerdo con las leyes de la física cuántica, cada átomo puede sufrir ambos procesos al mismo tiempo ", dice Renate Pazourek (TU Wien). Y esta combinación de caminos nos deja rastros característicos que se pueden detectar ”. Analizando la luz absorbida por los átomos de helio, Se encuentran las llamadas resonancias de Fano, una señal inequívoca de que el estado final se alcanzó a través de dos caminos diferentes.

Esto también se puede prevenir. Durante el proceso de ionización, la trayectoria indirecta puede desactivarse eficazmente con un segundo rayo láser, de modo que solo la otra trayectoria permanece abierta y la Fano-resonancia desaparece.

Esto abre una nueva posibilidad de estudiar la evolución temporal de este proceso. En primer lugar, al átomo se le permite seguir ambos caminos simultáneamente. Después de algún tiempo, el camino indirecto está bloqueado. Dependiendo de cuánto tiempo se permitió al sistema acceder a ambas rutas, la Fano-resonancia se vuelve más o menos distinta.

"Se han observado resonancias de Fano en una amplia variedad de sistemas físicos, juegan un papel importante en la física atómica ", dice Stefan Donsa (TU Wien). "Por primera vez, ahora es posible controlar estas resonancias y mostrar con precisión, cómo se acumulan en femtosegundos. "" Estos efectos cuánticos son tan rápidos que en nuestras escalas de tiempo habituales parecen ocurrir instantáneamente, de un momento a otro ", dice Stefan Nagele. "Sólo mediante el empleo de nuevos métodos sofisticados de física de attosegundos se ha hecho posible estudiar la evolución temporal de estos procesos".

Esto no solo ayuda a los científicos cuánticos a comprender la teoría fundamental de los efectos cuánticos importantes, también abre nuevas posibilidades para controlar dichos procesos, por ejemplo, facilitando o inhibiendo reacciones químicas.

El estudio se publica hoy Ciencias .

En el mismo número de Ciencias revista, un equipo de científicos de Francia y España ha publicado otro artículo, en el que se utiliza un método complementario de espectroscopía fotoelectrónica de resolución temporal para obtener una vista de la resonancia Fano.