Científicos desarrollan una nueva forma de medir el tiempo de eventos cuánticos
Un equipo de físicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, desarrolló un método que permite medir con precisión el tiempo involucrado en eventos cuánticos. El avance se publicó en la revista científica Newton y aborda uno de los problemas más complejos de la física moderna.
El estudio se centra en transiciones cuánticas ultrarrápidas, como el efecto túnel o el cambio de estado de un electrón tras absorber un fotón. Estos procesos ocurren en escalas de decenas de attosegundos, es decir, fracciones de segundo tan breves que la luz no logra atravesar un virus pequeño en ese lapso.
Según explicó el físico Hugo Dil, investigador de la EPFL y líder del proyecto, el principal desafío radica en medir estos intervalos sin alterar el fenómeno observado. El uso de relojes externos introduce distorsiones que afectan la interpretación de los resultados.
Para resolver este problema, el equipo utilizó métodos de interferencia cuántica, que relacionan la fase acumulada de la función de onda con el tiempo. De esta forma, los científicos evitaron recurrir a una referencia temporal externa.
El método se basa en el comportamiento del espín de los electrones. Cuando un electrón absorbe un fotón y sale de un material, su espín cambia de acuerdo con el proceso cuántico que experimenta. Al analizar esas variaciones, los investigadores lograron inferir la duración exacta de la transición.
El principio físico indica que un electrón excitado puede seguir varias rutas cuánticas simultáneas. Estas rutas interfieren entre sí y generan un patrón específico en el espín del electrón emitido. El análisis de ese patrón, en función de la energía, permitió calcular el tiempo del proceso.
Para los experimentos, el equipo empleó la técnica conocida como espectroscopia de fotoemisión con resolución de espín y ángulo (SARPES). Esta técnica consiste en proyectar luz de sincrotrón intensa sobre un material para liberar electrones y medir luego su energía, dirección y espín.
Los científicos probaron materiales con distintas geometrías atómicas. El cobre común representó un material tridimensional. El diseleniuro de titanio (TiSe2) y el ditelururo de titanio (TiTe2) funcionaron como materiales en capas. El telururo de cobre (CuTe) presentó una estructura similar a una cadena.
Los resultados mostraron una relación clara entre la forma del material y la duración de la transición cuántica. En el cobre tridimensional, el proceso duró cerca de 26 attosegundos.
En los materiales en capas, TiSe2 y TiTe2, la transición se extendió entre 140 y 175 attosegundos. En el CuTe, con estructura casi unidimensional, el tiempo superó los 200 attosegundos.
Estos datos indicaron que las estructuras de menor simetría producen transiciones más lentas. La geometría atómica influye de manera directa en la rapidez con que ocurre un evento cuántico.
De acuerdo con los investigadores, el método aporta información clave para comprender cómo se manifiesta el tiempo en la mecánica cuántica. También ofrece una nueva herramienta para analizar la interacción de electrones en materiales complejos.
El conocimiento preciso de la duración de estas transiciones abre la posibilidad de diseñar materiales con propiedades cuánticas específicas, con aplicaciones futuras en tecnologías que dependen del control detallado de estados cuánticos.
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