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PARA SER UN ELECTRÓN DE PRIMERA, ACELERA

Adiós periquete, hola zeptosegundo: logran medir el intervalo más corto de tiempo

Cuando los electrones absorben la suficiente cantidad de energía son capaces de abandonar rápidamente su órbita alrededor del núcleo atómico. Un equipo de físicos del Instituto Max Planck ha logrado por primera vez registrar este efímero proceso con una precisión de zeptosegundos, la miltrillonésima parte de un segundo.

Representación de las posibles posiciones del electrón remanente en un átomo de helio.

M. Ossiander/TUM, M. Schultze/MPQ Representación de las posibles posiciones del electrón remanente en un átomo de helio.

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Cuando las personas queremos aludir a un intervalo muy pequeño de tiempo (ese que siempre nos falta para llegar a nuestra cita), solemos aludir al confuso "periquete", los tradicionales "cinco minutos" o el arriesgado "segundo". La próxima vez, sin embargo, puedes considerar una opción alternativa para convencer a los otros de tu infinita rapidez: utiliza el zeptosegundo.

La sola descripción de este breve intervalo temporal te dará una idea de su cortísima vida, pues equivale a la miltrillonésima parte de un segundo. En otras palabras, en un segundo se suceden mil trillones de zeptosegundos.

Con semejantes proporciones, los únicos que han sido capaces hasta la fecha de apreciar este efímero lapso de tiempo han sido un equipo de físicos del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, que está en Alemania.

Los científicos explican su hazaña en un artículo publicado recientemente en 'Nature Physics'. Según indican en el trabajo, han conseguido observar los cambios que ocurren en un átomo durante este periodo, el más corto jamás observado. Y ¿qué pasa en una unidad elemental de la materia en tan poco tiempo?

El velocísimo proceso registrado por el equipo se corresponde con el llamado efecto fotoeléctrico, descrito por Albert Einstein en 1905. Este fenómeno tiene lugar cuando la radiación electromagnética incide sobre los electrones de los átomos, haciendo que estos salgan despedidos.

El estímulo lumínico provoca que las minúsculas partículas cargadas negativamente absorban energía de los fotones, se exciten y salgan disparadas fuera de su órbita en torno al núcleo atómico. La huida es tan veloz que hasta ahora los expertos sólo habían logrado observar qué sucede después de que completen su fuga. En esta ocasión, sin embargo, los físicos del Max Planck han ido aún un poco más allá para estudiar por primera vez el proceso con una precisión de zeptosegundos.

Al absorber la energía de los fotones de luz, los electrones abandonan su puesto en el átomo.
Al absorber la energía de los fotones de luz, los electrones abandonan su puesto en el átomo. | Per Henning/NTNU

Para lograrlo han sometido a un átomo de helio a un pulso de láser ultravioleta extremadamente breve para excitar a sus dos únicos electrones. El disparo duró entre 100 y 200 attosegundos (un attosegundo es la trillonésima parte de un segundo), pero realizando diferentes mediciones y calculando la dispersión estadística, registraron lo que pasaba en unos 850 zeptosegundos.

Otro golpe de láser de longitud de onda cercana al infrarrojo les sirvió para detectar a los electrones en cuanto abandonaban su prisión atómica. En función del campo electromagnético creado por estos impulsos, las partículas aceleraban o frenaban su avance. Así, estimaron que un electrón tarda entre siete y 20 attosegundos en cambiar de estado cuántico, es decir, en pasar de una posición inicial ligada al núcleo atómico a la libertad.

El experimento ha servido, además, para estudiar la manera en que las partículas absorben la energía de los fotones. En el caso de los átomos de helio (un elemento que siempre tiene dos electrones), esta puede ser captada por uno solo, repartirse equitativamente entre ambos compañeros o de hacerlo forma desigual. El proceso depende de diferentes variables como la relación entre los vecinos, su estado energético y el campo electromagnético creado por el láser.

Los hallazgos de estos científicos no van a catapultarnos a la era de la computación cuántica, pero sí constituyen un avance importante en este campo de la Física. Sólo conociendo los procesos que rigen el funcionamiento del minúsculo mundo de las partículas podrán fabricarse verdaderos ordenadores cuánticos.

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