La duración del efecto túnel cuántico es más corta cuando la probabilidad de tunelado es menor

Por Francisco R. Villatoro, el 26 octubre, 2021. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science ✎ 3

En el año 2020 se publicó en Nature la medida con un reloj de Larmor de la duración del efecto túnel de átomos de rubidio-87 a través de una barrera óptica (LCMF,  02 ago 2020). Los mismos investigadores publican en Physical Review Letters cómo varía dicha duración con la energía del átomo y con la altura de la barrera. Se confirma un resultado teórico bien conocido, que el tunelado es más rápido si su probabilidad es menor; en concreto, se observa que la duración es menor para barreras más altas y para átomos incidentes con menor energía. Para la menor energía (velocidad de 4.13±0.08 mm/s), cuya probabilidad de tunelado es del 90 %, la duración de tránsito es de 0.59±0.02 ms; dicho valor es 0.11±0.03 ms más rápido que para átomos con energía próxima a la altura del a barrera (velocidad 4.71±0.05 mm/s), y 0.21±0.03 ms más rápido que cuando los átomos atraviesan una barrera con un 23 % menos energía (velocidad 4.26±0.06 mm/s). Así se confirma la predicción cuántica contraintuitiva de que las partículas pasan menos tiempo tunelando una barrera más alta.

El nuevo resultado se ha logrado gracias a que se han reducido las incertidumbres en la medida de la duración (ahora menores del 4 %) y en la temperatura del condensado de Bose–Einstein (BEC) de unos 3000 átomos de ⁸⁷Rb (ahora la temperatura casi constante es de 1.28±0.02 nK). El attorreloj de Larmor usado se basa en medir el cambio en el espín del electrón más externo de los átomos de rubidio mientras tunelan la barrera, lo que cambia su ángulo en la esfera de Bloch si se interpretan como un cúbit (más información en mi pieza previa). Si te interesa el tema, te recomiendo leer el artículo es David C. Spierings,  Aephraim M. Steinberg, «Observation of the Decrease of Larmor Tunneling Times with Lower Incident Energy,» Physical Review Letters 127: 133001 (20 Sep 2021), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.133001, arXiv:2101.12309 [quant-ph] (28 Jan 2021). Por cierto, aprovecho para recomendar Douglas Natelson, «What is tunneling?» nanoscale views, 29 May 2018; «How long does quantum tunneling take?» nanoscale views, 01 Aug 2020.



3 Comentarios

  1. Sin ir al detalle matematico, intuitivamente se puede ver un poco aplicando el principio de incertidumbre a energia y tiempo, una vieja reglita que antes se enseñaba como:
    deltaE x delta t ~ h
    A más energía que la partícula debe «tomar prestada» para saltar la barrera menos tiempo puede disponer de ella. Asi que a un dado espesor la velocidad de tunelado debe aumentar con la altura energética de la barrera, no?

      1. Todavia se puede visualizar de tal forma: Un neutrón lento necesita tomar más energía «prestada» adicional por tanto tiene menos tiempo disponiendo de ella para pasar la barrera. En cambio uno rápido necesita menos energía adicional «prestada» y por tanto dispone de mas tiempo para pasar lentamente y con tranquilidad la barrera. 😉

        Tal como dices: «Así se confirma la predicción cuántica contraintuitiva de que las partículas pasan menos tiempo tunelando una barrera más alta.»

Deja un comentario