Nuevo experimento de la rendija para estudiar la dualidad onda-partícula con átomos de hidrógeno ultrarrápidos

Por Francisco R. Villatoro, el 31 agosto, 2008. Categoría(s): Ciencia • Física • Mecánica Cuántica ✎ 8

La diferencia entre ciencia y religión no es la Fé, que es necesaria en ambas, sino el método científico. La caricatura de la izquierda lo ilustra muy bien (en inglés): “El método científico: Estos son los hechos. ¿Qué conclusiones podemos extraer de ellos? El método creacionista: Aquí está la conclusión. ¿Qué hechos podemos encontrar para demostrarla?”

Todas las verdades en Física están sujetas a la duda (la duda metódica cartesiana o la definición de ciencia de Popper): todas las verdades científicas deben ser refutables. Es por ello, que los experimentos “clásicos” que han demostrado la validez de ciertas “verdades” deben ser repetidos periódicamente en circunstancias diferentes con objeto de verificar dicha “verdad”. Por ejemplo, es válida la Ley de Newton de la Gravedad a escalas pequeñas. El último resultado del que tengo referencia dice que sí lo es hasta las 5 micras (micrómetros), para lo que se ha utilizado un dispositivo micromecánico (MEMS) para medir la fuerza en entre dos pequeñas masas separadas a dicha distancia. El artículo de D. M. Weld, J. Xia, B. Cabrera, A. Kapitulnik, “A New Apparatus for Detecting Micron-Scale Deviations from Newtonian Gravity,” ArXiv preprint, submitted on 7 Jan 2008 . ¿Qué pasa a distancias menores de 1 micra? ¿Se cumple la ley de Newton? Nadie lo sabe aún. Habrá que esperar a nuevos experimentos. Lo mismo ocurre a distancias muy grandes con la Relatividad General de Einstein, donde los experimentos directos son imposibles y algunos resultados de difícil explicación sugieren a algunos autores desviaciones respecto a la teoría.

A los científicos nos gusta hablar como si estuvieramos en posesión de la verdad, sin embargo, la “verdad” es que nuestra Fé en la Verdad debe ir unida a la Duda sobre su veracidad. ¿Cómo demostrar la dualidad onda-partícula para la luz y la materia en la Mecánica Cuántica? La manera más habitual es utilizar el experimento de la doble rendija. Young hace 200 años utilizó dicho experimento para demostrar las propiedades ondulatorias de la luza, haciendo pasar rayos de luz por un par de pequeños agujeros y observando las franjas de interferencia subsiguientes. En 1923, de Broglie propuso que los electrones y otras partículas materiales se podían describir como ondas lo que conduciría a la formación de patrones de interferencia cuando un haz de dichas partículas interactuace con una “pantalla” con dos pequeños agujeros o rendijas. En 1927, Davisson y Germer demostraron de esta forma la naturaleza ondulatoria del electrón. Dicho experimento se ha realizado también con neutrones, átomos, y moléculas. Por ejemplo, A. Zeilinger et al., “Wave-particle duality of C60 molecules,” Nature 401, 680-682, 14 October 1999 , realizó dicho experimento con fullerenos o buckybolas, moléculas con 60 átomos de carbono con forma de balón de fútbol; estas moléculas son prácticamente cuerpos clásicos dado el gran número de grados de libertad “cuánticos” que poseen con los que pueden interactuar con el entorno vía la decoherencia. Más recientemente se ha llegado a demostrar con moléculas aún más grandes, como los fullerenos C70, S. Gerlich et al., “A Kapitza-Dirac-Talbot-Lau interferometer for highly polarizable molecules,” Nature Physics 3, 711-715, 2007, ArXiv preprint.

El experimento de la doble rendija depende de la longitud de onda de de Broglie de la partícula (átomo o molécula) utilizada. Dicha longitud de onda es inversamente proporcional al momento (o la energía cinética) de la partícula, es decir, a más energía, menor longitud de onda. ¿Cuál es la longitud de onda más corta en la que el experimento ha sido comprobado? Acaba de publicarse hace unos días que dicho experimento con átomos de hidrógeno con una energía de 1.3 MeV, es decir, con una longitud de onda de 25 fm. (femtometros). El resultado del artículo de H. T. Schmidt et al., “Evidence of Wave-Particle Duality for Single Fast Hydrogen Atoms,” Phys. Rev. Lett. 101, 083201 ( 2008 ), confirma las conclusiones de la mecánica cuántica.

Estos experimentos son necesarios. Sin ellos, la ciencia no puede “progresar” ya que su progreso requiere reafirmar lo ya establecido en la búsqueda de su refutación.

Para los interesados en una breve explicación del experimento de la doble rendija, en inglés subtitulada en español, les recomiendo el siguiente vídeo de youtube.

[youtube=http://es.youtube.com/watch?v=x53UGGB7XMI]



8 Comentarios

  1. Admirado emulenews, la introducción a esta entrada es algo ingenua. Charlie Popper ha hablado bien, pero mejor
    Tom Kuhn
    : los científicos “normales” también parten de una conclusión preestablecida y buscan aquello que pueda confirmarla, recurriendo a toda clase de subterfugios para acomodar lo discordante. El caso al que -creo- se alude en las viñetas es especialmente ilustrativo de esto: la biología evolucionista.

    En relación a esto, quizás sea pertinente citar al médico madrileño Martín Martínez, que escribía en la “Philosophia sceptica”, publicada en 1750 (él había muerto en 1734): “Habiéndonos Dios dejado en este mundo sólo cierto el uso de las verdades, pero no la comprensión científica de ellas, por más que investiguemos las causas de las cosas, nos es fácil su probable noticia, pero imposible la evidencia…”

  2. JL, gracias por el comentario. Es Cierto, JL, que las ideas del metafísico Karl Popper (como la refutabilidad observacional de toda teoría científicamente admisitible) que lo enmarcan en el Empirismo, han sido “superadas” por otros autores, como Thomas Kuhn (del que destacaría su teoría de la evolución de las revoluciones científicas) y su “enemigo dialéctico” Paul Feyerabend (aunque su visión operacionalista de la cidencia “bebe” mucho de la revolución de la mecánica cuántica). En mi opinión, estos metafísicos han utilizado las revoluciones relativista y cuántica de la primera mitad s. XX como paradigma para sus ideas. Sin embargo, la actualidad científica es muy diferente y dichas de sus ideas son difícilmente aplicables en el contexto moderno, al menos en mi opinión.

  3. Lo que yo quería decir es esto: Simplificando muy groseramente, antes de Popper se solía pensar que la ciencia “acumula verdades”. Popper dice que no, que todo enunciado científico es “perpetuamente provisional”. Pero Popper establece un “criterio de demarcación” (la falsabilidad) que nos indica qué es ciencia y qué no lo es, y nos dice qué debe hacer el hombre de ciencia: una “indagación de la verdad, persistente y temerariamente crítica.”
    Lo que dijo Popper no parecía en consonancia con lo que realmente había sido la historia de la ciencia, como puso de manifiesto Kuhn, quien, citando a Max Plank, dice: “una nueva verdad no triunfa por medio del convencimiento de sus oponentes, haciéndoles ver la luz, sino más bien porque dichos oponentes llegan a morir y crece una nueva generación que se familiariza con ella.”
    La Física teórica actual quizás ya no se ajusta a esta descripción de Planck. Pero si hablamos de otras ciencias…
    Ahora bien, Emulenews, eres aún más escéptico que yo: ¡referenciar a Feyerabend! Simpático pensador que dijo: “Ni Lakatos ni nadie ha mostrado que la ciencia es mejor que la brujería y que la ciencia procede de una manera racional. El gusto, no el argumento, guía nuestra elección de la ciencia; el gusto, no el argumento, nos hace llevar a cabo ciertos movimientos dentro de la ciencia…”

  4. Átomos. Lenguaje y Sociedad:

    El pensamiento es atómico y molecular y está asistido por fotones y electrones. Cuando un grupo de amigos se encuentran y hablan, la voz o los
    símbolos son la actividad molecular de
    los recuerdos instantáneos. Pero esas
    moléculas están formadas por átomos.
    Los lugares donde se halla esa energía
    física atómica que es ahora codificada en ideas o símbolos, son “soportes físicos” diseminados en los espacios por los cuales las personas circulan.
    Es decir, codifican los lugares de donde vienen y a los que van a ir…
    La energía como “retículo espacial” que
    conecta con la mente se establiza en
    la corteza… En realidad, no pensamos,
    sino que extraemos o sólo leemos lo que hay en el espacio,localizado en determinados lugares, que se actualizan al interactuar o al reflexionar… Comprobarlo no es difícil, pero requiere cierta persitencia. Si buscamos algo (información u objetos) para nosotros, algo que nos intyeresa realmente, vayamos a reuniones y estemos atentos a los lughares que se “mencionan”. Allí
    hallaremos lo que queríamos.
    Chau, gracias.

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