Captan por primera vez la vibraciones cuánticas de una molécula grande
En el mundo cuántico, nada está realmente quieto. Incluso las moléculas que parecen inmóviles están en constante movimiento. Sus átomos, aunque pierdan casi toda su energía y se acerquen al cero absoluto, nunca se detienen por completo. Siempre vibran, aunque sea de forma mínima, debido a un fenómeno conocido como vibración de punto cero.
Este comportamiento es una consecuencia del principio de incertidumbre de Heisenberg, una de las bases de la mecánica cuántica, que impide conocer con precisión la posición y la velocidad de una partícula al mismo tiempo. Por mucho tiempo, se creyó que estas diminutas vibraciones solo podían detectarse en moléculas muy simples. Un equipo de investigadores acaba de observar directamente estas vibraciones en una molécula de tamaño mediano, llamada yodopiridina, compuesta por 11 átomos. Este avance marca un hito en el estudio de la materia a escala atómica.
¿Cómo lo lograron?
Para hacerlo posible, el equipo dirigido por Till Janke, físico nuclear de la Universidad Goethe Alemania, utilizó el XFEL europeo, el láser de rayos X más potente del mundo, ubicado en Hamburgo. Gracias a sus pulsos ultraintensos, pudieron provocar una explosión de Coulomb en la molécula: un fenómeno en el que los átomos, al perder muchos electrones en un instante, se repelen entre sí y salen disparados en todas direcciones.
Usando un instrumento de alta precisión llamado COLTRIMS, una especie de microscopio que capta el movimiento de partículas cargadas, midieron el momento exacto en que cada átomo se desplazaba. Esto permitió reconstruir con gran detalle los patrones de vibración cuántica que ocurren dentro de la molécula.
No solo encontraron una única vibración, sino hasta 27 patrones diferentes. Algunos suaves y fluidos como un ballet, otros intensos y enérgicos como un tango. Este descubrimiento no fue planificado desde el inicio. De hecho, en un experimento realizado en 2019 con el mismo láser, el objetivo era otro. Pero al revisar los datos, el equipo notó algo inusual: señales que apuntaban a vibraciones de punto cero.
A partir de ahí, desarrollaron un nuevo algoritmo de análisis que les permitió ordenar lo que antes parecía ruido caótico. Considerando las coordenadas tridimensionales de cada uno de los 11 átomos, los científicos trabajaron con un espacio de datos de 33 dimensiones. Gracias al algoritmo, ahora pueden seguir simultáneamente los movimientos de todos los átomos de una molécula compleja.
Hace dos años, la Tierra fue golpeada por el neutrino más energético de la historia. Hasta ahora, los científicos no estaban seguros de si fue un error de medición. Un estudio confirma que la detección de la llamada “partícula fantasma” fue real.
Una nueva forma de visualizar la mecánica cuántica
Hasta ahora, las vibraciones de punto cero solo se habían observado en moléculas muy simples. Este nuevo enfoque permite hacerlo en estructuras más complejas, acercándonos a estudiar moléculas funcionales o incluso biomoléculas. Es como pasar de escuchar una nota musical a comprender una sinfonía entera.
Y esto es solo el comienzo. El equipo planea nuevos experimentos, esta vez enfocados en rastrear el movimiento de los electrones, que es aún más veloz y complejo. Si lo logran, podríamos llegar a «filmar» el comportamiento interno de una molécula, como si viéramos una película de su dinámica interna. «Si logramos visualizar este baile de electrones, podríamos capturar la vida de una molécula en movimiento, cuadro por cuadro», concluye Janke.
Artículo publicado originalmente en WIRED Japón. Adaptado por Alondra Flores.