Por primera vez, Los físicos han desarrollado un método para visualizar visualmente el entrelazamiento entre electrones. Dado que estas correlaciones desempeñan un papel destacado en la determinación de la función de onda de una molécula, que describe el estado cuántico de la molécula, los investigadores utilizaron el nuevo método para producir las primeras imágenes del cuadrado de la función de onda de dos electrones de un hidrógeno (H ₂ ) molécula.

Aunque ya existen numerosas técnicas para obtener imágenes de los electrones individuales de átomos y moléculas, este es el primer método que puede visualizar directamente las correlaciones entre electrones y permitir a los investigadores explorar cómo las propiedades de los electrones dependen unas de otras.

Los investigadores, M. Waitz y col., de varios institutos en Alemania, España, los Estados Unidos, Rusia, y Australia, han publicado un artículo sobre el nuevo método de imagen en un número reciente de Comunicaciones de la naturaleza .

"Hay otros métodos que permiten reconstruir correlaciones a partir de diferentes observaciones; sin embargo, que yo sepa, esta es la primera vez que uno recibe un directo imagen de correlaciones con solo mirar un espectro, "dijo el coautor Fernando Martín de la Universidad Autónoma de Madrid Phys.org . "Los espectros registrados son idénticos a las transformadas de Fourier de las diferentes piezas del cuadrado de la función de onda (o equivalentemente, a la representación de las diferentes piezas de la función de onda en el espacio de momento). No se necesita reconstrucción, filtrado o transformación:el espectro refleja directamente partes de la función de onda en el espacio de momento ".

El nuevo método implica combinar dos métodos de obtención de imágenes que ya se utilizan ampliamente:la obtención de imágenes por fotoelectrones y la detección coincidente de fragmentos de reacción. Los investigadores emplearon simultáneamente ambos métodos utilizando el primer método en un electrón para proyectar ese electrón en un detector, y usar el segundo método en el otro electrón para determinar cómo cambian sus propiedades en respuesta.

El uso simultáneo de ambos métodos revela cómo los dos electrones están correlacionados y produce una imagen del cuadrado de H ₂ función de onda de dos electrones correlacionada. Los físicos enfatizan un punto importante:que estas son imágenes del cuadrado de la función de onda, y no la función de onda en sí.

"La función de onda no es observable en física cuántica, para que no se pueda observar, "Martín dijo." Sólo el cuadrado de la función de onda es un observable (si tienes las herramientas para hacerlo). Este es uno de los principios básicos de la física cuántica. Quienes afirman ser capaces de observar la función de onda no están usando el lenguaje adecuado porque esto no es posible:lo que hacen es reconstruirlo a partir de algunos espectros medidos haciendo algunas aproximaciones. Nunca puede ser una observación directa ".

Los investigadores esperan que el nuevo enfoque también se pueda utilizar para obtener imágenes de moléculas con más de dos electrones. detectando los fragmentos de reacción de múltiples electrones. El método también podría conducir a la capacidad de obtener imágenes de correlaciones entre las funciones de onda de múltiples moléculas.

"Obviamente, el paso natural a seguir es probar un método similar en moléculas más complicadas, "Martín dijo." Lo más probable, el método funcionará para moléculas pequeñas, pero no está claro si funcionará en moléculas muy complejas. No por limitaciones en la idea básica, pero principalmente debido a limitaciones experimentales, ya que los experimentos de coincidencia en moléculas complejas son mucho más difíciles de analizar debido a los muchos grados de libertad nuclear ".

La capacidad de visualizar correlaciones electrón-electrón y las correspondientes funciones de ondas moleculares tiene implicaciones de gran alcance para comprender las propiedades básicas de la materia. Por ejemplo, uno de los métodos más utilizados para aproximar una función de onda, llamado método Hartree-Fock, no tiene en cuenta las correlaciones electrón-electrón y, como resultado, a menudo no está de acuerdo con las observaciones.

Además, Las correlaciones electrón-electrón se encuentran en el corazón de fascinantes efectos cuánticos, como la superconductividad (cuando la resistencia eléctrica cae a cero a temperaturas muy frías) y la magnetorresistencia gigante (cuando la resistencia eléctrica disminuye en gran medida debido a la alineación paralela de la magnetización de las capas magnéticas cercanas). Las correlaciones electrónicas también juegan un papel en la emisión simultánea de dos electrones de una molécula que ha absorbido un solo fotón. un fenómeno llamado "ionización doble de fotón único".

Y finalmente, los resultados también pueden conducir a aplicaciones prácticas, como la capacidad de realizar imágenes de correlación con láseres de campo de electrones y con fuentes de rayos X basadas en láser.

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