Un equipo de investigación internacional dirigido por físicos de la Universidad de Colonia ha implementado una nueva variante del experimento básico de doble rendija utilizando dispersión de rayos X inelástica resonante en el Sincrotrón Europeo ESRF en Grenoble. Esta nueva variante ofrece una comprensión más profunda de la estructura electrónica de los sólidos. Escribiendo en Avances de la ciencia , el grupo de investigación ha presentado ahora sus resultados en un estudio titulado "Encarnación de rayos X inelásticos resonantes del experimento de doble rendija de Young".

El experimento de la doble rendija es de fundamental importancia en física. Hace más de 200 años, Thomas Young difractaba luz en dos rendijas adyacentes, generando así patrones de interferencia (imágenes basadas en superposición) detrás de esta doble rendija. Por lo tanto, demostró la naturaleza ondulatoria de la luz. En el siglo 20, Los científicos han demostrado que los electrones o moléculas dispersos en una doble rendija muestran el mismo patrón de interferencia, que contradice la expectativa clásica del comportamiento de las partículas, pero puede explicarse en el dualismo onda-partícula de la mecánica cuántica. A diferencia de, los investigadores en Colonia investigaron un cristal de óxido de iridio (Ba ₃ CeIr ₂ O ₉ ) mediante dispersión de rayos X inelástica resonante (RIXS).

El cristal se irradia con fuertemente colimado, fotones de rayos X de alta energía. Los rayos X son dispersados ​​por los átomos de iridio en el cristal, que asumen el papel de las rendijas en el experimento clásico de Young. Debido al rápido desarrollo técnico de RIXS y una hábil elección de la estructura cristalina, los físicos observaron la dispersión en dos átomos de iridio adyacentes, un llamado dímero.

"El patrón de interferencia nos dice mucho sobre el objeto disperso, la doble rendija del dímero, "dice el profesor Markus Grueninger, quien dirige el grupo de investigación de la Universidad de Colonia. En contraste con el experimento clásico de doble rendija, los fotones de rayos X dispersos de forma inelástica proporcionan información sobre los estados excitados del dímero, en particular su simetría, y por tanto sobre las propiedades físicas dinámicas del sólido.

Estos experimentos RIXS requieren un sincrotrón moderno como fuente de luz de rayos X extremadamente brillante y una configuración experimental sofisticada. Para excitar específicamente solo los átomos de iridio, los científicos tienen que seleccionar la proporción muy pequeña de fotones con la energía adecuada del amplio espectro del sincrotrón, y los fotones dispersos se seleccionan aún más estrictamente de acuerdo con la energía y la dirección de dispersión. Solo quedan unos pocos fotones. Con la precisión requerida, estos experimentos RIXS solo son posibles actualmente en dos sincrotrones en todo el mundo, incluida la ESRF (instalación europea de radiación sincrotrón) en Grenoble, donde el equipo de Colonia realizó su experimento.

"Con nuestro experimento RIXS, pudimos probar una predicción teórica fundamental de 1994. Esto abre una nueva puerta para toda una serie de experimentos adicionales que nos permitirán obtener una comprensión más profunda de las propiedades y funcionalidades de los sólidos, "dice Grueninger.