Un hito de la física cuántica: nanopartícula levitando y transformada en onda

Un equipo internacional de investigadores logró un avance histórico en física cuántica: hacer que una nanopartícula levitada experimente una “delocalización” tan grande que se comporte como una onda extendida.

El resultado, publicado en Physical Review Letters, abre nuevas posibilidades para explorar los límites entre la materia clásica y el comportamiento cuántico.

Lo que antes se consideraba un dominio exclusivo de electrones, átomos o moléculas, empieza a pisar terreno mesoscópico gracias a técnicas ópticas de precisión.

Para entender el experimento hay que remontarse a dos conceptos centrales: la dualidad onda-partícula en la física cuántica y la técnica de levitación óptica.

En el mundo cuántico, las partículas pueden presentar un comportamiento ondulatorio o esa “onda de probabilidad” que describe su posición. Sin embargo, en sistemas más grandes, esa onda suele colapsar por decoherencia.

El equipo utilizó una nanopartícula de sílice (del tamaño de un virus) y la confinó dentro de una trampa óptica en una cámara de vacío ultraestable.

Luego aplicaron un protocolo de tres fases:

Gracias a ese protocolo, consiguieron aumentar la longitud de coherencia cuántica de unos 21 picómetros a más de 70 picómetros en el mejor caso.

Es decir: la nanopartícula, al estar parcialmente liberada del confinamiento, “se estira” como onda.

Lo llamativo es que esa expansión de la función de onda no implicó una pérdida de pureza cuántica: el estado mantuvo su coherencia, a pesar del retroceso cuántico causado por la dispersión de fotones, una de las fuentes más importantes de decoherencia en este tipo de experimentos.

Así, lo que ocurrió fue que la nanopartícula logró “comportarse como onda extendida” en una región más amplia del espacio. Se trata de un fenómeno que hasta ahora se creía reservado para escalas mucho más pequeñas.

El experimento abre varias líneas interesantes para el futuro de la física cuántica aplicada:

No obstante, persisten los desafíos: mantener la coherencia cuántica frente a fuentes de ruido externo, controlar la dispersión de fotones y extender esos efectos hacia objetos aún más grandes sin que la onda colapse prematuramente.

Aquí explicamos, con ítems, algunos elementos críticos del experimento: