La física cuántica de partículas masivas ha intrigado a los físicos durante más de 80 años, ya que predice que incluso las partículas complejas pueden exhibir un comportamiento ondulatorio, en conflicto con nuestras ideas cotidianas de lo que es real o local. Un equipo internacional de científicos logró filmar una película que muestra la formación de un patrón de interferencia de ondas de materia a partir de moléculas de un solo colorante que es tan grande (hasta 0,1 mm) que se puede ver fácilmente con una cámara.

Esto visualiza las dualidades de partícula y onda, aleatoriedad y determinismo, localidad y deslocalización de una manera particularmente intuitiva. Ver para creer:la película de Thomas Juffmann et al. se publicará el 25 de marzo en Nanotecnología de la naturaleza .

Un estreno cuántico con moléculas de colorante como actores principales

El físico Richard Feynman afirmó una vez que los efectos de interferencia causados ​​por las ondas de materia contienen el único misterio de la física cuántica. Comprender y aplicar las ondas de materia para las nuevas tecnologías también está en el centro de la investigación que lleva a cabo el equipo de nanofísica cuántica en torno a Markus Arndt en la Universidad de Viena y el Centro de Viena para la ciencia y la tecnología cuánticas.

Los científicos ahora estrenaron una película que muestra la acumulación de un patrón de interferencia cuántica a partir de partículas de ftalocianina individuales que llegan estocásticamente después de que estas moléculas de colorante altamente fluorescentes atravesaran una nano-rejilla ultrafina. Tan pronto como las moléculas llegan a la pantalla, los investigadores toman imágenes en vivo utilizando un microscopio de fluorescencia de resolución espacial cuya sensibilidad es tan alta que cada molécula puede ser captada y ubicada individualmente con una precisión de aproximadamente 10 nanómetros. Esto es menos de una milésima parte del diámetro de un cabello humano y aún menos de 1/60 de la longitud de onda de la luz de imagen.

Un soplo de nada

En estos experimentos, las fuerzas de van der Waals entre las moléculas y las rejillas plantean un desafío particular. Estas fuerzas surgen debido a fluctuaciones cuánticas y afectan fuertemente el patrón de interferencia observado. Para reducir la interacción de van der Waals, los científicos utilizaron rejillas tan delgadas como 10 nanómetros (solo unas 50 capas de nitruro de silicio). Estas rejillas ultrafinas fueron fabricadas por el equipo de nanotecnología de Ori Cheshnovski en la Universidad de Tel Aviv, que utilizó un haz de iones enfocado para cortar las ranuras necesarias en una membrana independiente.

Nanopartículas a medida

Ya en este estudio, los experimentos podrían extenderse a derivados más pesados ​​de ftalocianina que fueron hechos a medida por Marcel Mayor y su grupo en la Universidad de Basilea. Representan las moléculas más masivas en difracción cuántica de campo lejano hasta ahora.

Motivación y continuación

Las micro y nanotecnologías recientemente desarrolladas y combinadas para generar, La difracción y la detección de haces moleculares serán importantes para extender los experimentos de interferencia cuántica a moléculas cada vez más complejas, pero también para la interferometría de átomos.

Los experimentos tienen un componente fuertemente didáctico:revelan el carácter de una sola partícula de patrones complejos de difracción cuántica en una escala macroscópica que es visible a simple vista. Puedes verlos emerger en tiempo real y duran horas en la pantalla. Así, los experimentos hacen que la dualidad onda-partícula de la física cuántica sea particularmente tangible y conspicua.

Los experimentos tienen un lado práctico, también. Permiten acceder a propiedades moleculares cercanas a interfaces sólidas y muestran un camino hacia futuros estudios de difracción en membranas atómicamente delgadas.