Qué es un túnel cuántico ?

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El túnel cuántico trata de la explicación más simple que se le ha encontrado a un fenómeno experimental en la teoría cuántica. Para ello debemos explicar un poco en que se basa tal teoría. La teoría cuántica dice que las partículas subatómicas tienen una doble naturaleza: son partículas y ondas a la vez, como ocurre con la luz. Por ejemplo explica como se mueven los electrones alrededor del átomo. La longitud de onda asociada al electrón es la que hace que los orbitales donde se desplazan tengan las formas peculiares que se nos explican en las clases de química. También explica como los electrones “saltan” de un nivel a otro y por qué se requiere de cantidades de energía exactas para hacerlo nunca fracciones de esas cantidades.

Cuando a un electrón se le suministra la energía suficiente para saltar a otro nivel se dice que está en un “estado de excitación energética”. Aquí es donde la experimentación entró en conflicto con la teoría. Se observó que algunos electrones saltaban a otro nivel de energía sin pasar por ese estado de excitación. Los científicos comparan el fenómeno con la energía potencial de un sistema mecánico clásico, usando tal comparación lo simplifico con el ejemplo de la montaña rusa: vamos a suponer que la trayectoria del electrón está dada por una montaña rusa y que el electrón es un vagón de tal juego. La montaña esta compuesta por crestas (las partes superiores) y valles (las partes bajas).

En teoría para viajar de un valle a otro el electrón debe subir por lo menos una cresta, al menos eso predice la teoría cuántica. Sin embargo de pronto el electrón, que no posee energía para subir la cresta, llega al valle siguiente y esto es descrito como si existiera un “túnel” entre ambos valles que evitara que el electrón tuviera que subir a la cresta y así pasar al valle siguiente. De allí el nombre de “túnel cuántico”. En términos de la teoría cuántica ésta es una explicación muy simple pues resulta que el electrón de alguna manera todavía se encuentra en el valle anterior, esta simultaneidad de eventos solo puede ser explicada por la naturaleza doble del electrón, en particular por su naturaleza ondulatoria. Sería como ver a través de un espejo y ver el mismo electrón reflejado al otro lado, pero nosotros sabemos que está en un sólo lado; más en la mecánica cuántica en efecto se encuentra en ambos lugares. ¿Complicado? Pues no tanto si consideramos que las ondas pueden “viajar” a través de ciertos obstáculos como lo son los medios translúcidos y a la vez se pueden reflejar.

Así se entienden una serie de fenómenos que no se podían explicar de otra manera, como por ejemplo cuando una partícula alfa se desprende del núcleo de los átomos inestables, lo hace por un “túnel cuántico” que bien puede atravesar de lado a lado un núcleo atómico dejando claro como esas partículas pueden escapar de la atracción de la fuerza nuclear. Los más modernos microscopios electrónicos aprovechan este fenómeno para recoger los electrones “tuneleados” y con ellos formar las imágenes de objetos muy pequeños. También explica con detalle como estos electrones permiten ciertos hechos asociados a la electricidad estática.

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