Gracias a un experimento, Newton no pierde su vigencia reclama su lugar por delante de Einstein y la mecánica cuántica.
Es así que, los físicos de la Universidad Rice han ido hasta el extremo para demostrar que pueden aplicar las clásicas leyes de movimiento de Isaac Newton al mundo atómico, construyendo un modelo a escala y exacto de parte del sistema solar dentro de un solo átomo de potasio.
En un nuevo trabajo científico publicado esta semana en Physical Review Letters, el equipo de la Universidad de Rice y colaboradores en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge y en la Universidad Tecnológica de Viena, demostraron que podían hacer que un electrón órbite el núcleo de un átomo, exactamente del mismo modo que los asteroides troyanos de Júpiter orbitan el Sol.
Los hallazgos dan sustento a una predicción hecha en 1920 por el famoso físico danés Niels Bohr sobre la relación entre la nueva ciencia de la mecánica cuántica y las probadas y demostradas leyes de movimiento de Issac Newton.
«Bohr predijo que las descripciones que la mecánica cuántica hacía del mundo físico, para los sistemas de un tamaño suficiente, coincidirían con las clásicas descripciones proporcionadas por la mecánica newtoniana»,así dijo el principal investigador Barry Dunning. También afirmó que:»Bohr también describió las condiciones bajo las cuales puede observarse esta correspondencia. En particular, dijo que debería considerarse en átomos con muy altos números cuánticos principales, que son exactamente lo que estudiamos en nuestro laboratorio.»
Bohr fue un pionero de la física cuántica. Su modelo atómico de 1913, que es ampliamente invocado en la actualidad, postula un pequeño núcleo rodeado de electrones moviéndose en capas y órbitas bien definidas. La palabra «quantum» ó «cuanto» en la mecánica cuántica deriva del hecho que estas órbitas pueden tener sólo ciertas energías bien definidas.
Los saltos entre estas órbitas conducen a absorción o emisión de cantidades específicas de energía llamados cuantos. En la medida que un electrón gana energía, su número cuántico se incrementa y se salta a órbitas más altas ese círculo cada vez más lejos del núcleo.
En los nuevos experimentos, estudiantes de postgrado de la Universidad de Rice, Brendan Wyker y Shuzhen Ye comenzaron utilizando un láser ultravioleta para crear un átomo de Rydberg. Rydberg átomos contienen un electrón muy excitado con un número cuántico muy grande. En los experimentos, se estudiaron los átomos de potasio con números cuánticos entre 300 y 600.
Dijo que comparar las descripciones de las órbitas de los electrones de la física clásica y de la mecánica cuántica es complicado, en parte debido a que los electrones existen como ondas y partículas. Para localizar un electrón, los físicos calculan la probabilidad de encontrar el electrón en diferentes lugares en un momento dado. Estas predicciones se combinan para crear una función de onda que describe todos los lugares donde podría encontrarse el electrón. Normalmente, una función de onda de electrones se ve como una nube difusa que rodea el núcleo atómico, porque el electrón puede encontrarse en cualquier lado del núcleo en un momento dado.
Dunning y los compañeros de trabajo utilizaron previamente una secuencia alargada (con cola) de pulsos de campo eléctrico para colapsar la función de onda de un electrón en un átomo de Rydberg; esta así es limitada a una zona localizada, en forma de coma llamada «paquete de onda». Este paquete de onda localizado orbitó el núcleo del átomo tal como un planeta orbita el sol. Pero el efecto duró sólo por un breve período.
Queríamos ver si podíamos desarrollar una forma de poder utilizar las ondas de radio frecuencia para capturar este electrón localizado y hacer que el mismo orbite alrededor del núcleo indefinidamente sin alteraciones o distribuciones de su órbita, dijeron.
Lo lograron mediante la aplicación de un campo de radio frecuencia que giraba alrededor del núcleo en sí mismo. Este campo atrapaba los electrones localizados y los obligaba a rotar en forma fija alrededor del núcleo.
Un pulso más de campo eléctrico fue utilizado para medir el resultado final tomando una instantánea de los paquetes de onda y así destruyendo el delicado átomo de Rydberg en el proceso. Después que el experimento fuera ejecutado decenas de miles de veces, todas las instantáneas se combinaron para mostrar que las predicciones de Bohrs eran correctas: las descripciones clásicas y cuántica de la orbita de los paquetes de ondas de electrones coincidían. De hecho, la descripción clásica del paquete de onda atrapado por los campos rotativos asemeja en paralelo la explicación de la física clásica respecto del comportamiento de los asteroides troyanos de Júpiter.
Los asteroides troyanos de Júpiter tienen la misma órbita que Júpiter y forman parte de nubes de cuerpos que ostentan un notable parecido con los paquetes de ondas locales creados en los experimentos de la nueva investigación. Y así como el paquete de ondas en el átomo es atrapado por el campo eléctrico combinado del núcleo y de la onda girando, los asteroides troyanos están atrapados por el campo gravitatorio combinado del Sol y de Júpiter orbitando a nuestra estrella.
Los investigadores están ahora trabajando en su próximo experimento: intentarán localizar dos electrones y hacerlos orbitar alrededor del núcleo como dos planetas en órbitas diferentes.
El nivel de control que fueron capaces de lograr en estos átomos habría sido impensable hace pocos años y tienen aplicaciones potenciales en, por ejemplo, computación cuántica y en controlar las reacciones químicas utilizando rayos láser ultrarrápidos, dice Dunning.
Como un efecto secundario de estos experimentos, se ilumina nuevamente el trabajo genial de Newton, que por lo visto ni la teoría de la relatividad ni la mecánica cuántica, no pueden ni podrán jamás opacar.
FUENTES:
http://www.youtube.com/watch?v=t9sJ-H2hM88&feature=player_embedded
http://stage.media.rice.edu/media/NewsBot.asp?MODE=VIEW&ID=16666
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