El electrón no sabe cuándo nació: ¿qué descubrieron los físicos en el mundo cuántico?

Un grupo internacional de investigadores, que incluye a especialistas de China y la Universidad Técnica de Viena , ha desarrollado simulaciones por computadora que permiten observar procesos ultrarrápidos en el mundo de las partículas elementales.
Anteriormente, los científicos consideraban que muchos eventos cuánticos eran instantáneos: un electrón gira alrededor del núcleo del átomo y, al siguiente momento, es expulsado por un destello de luz. O dos partículas colisionan y se entrelazan cuánticamente al instante. Ahora, los físicos pueden rastrear cómo se desarrollan estos procesos en el tiempo.

El profesor Joachim Burgdörfer, del Instituto de Física Teórica de la Universidad Técnica de Viena, explica que, cuando las partículas se entrelazan cuánticamente, no se pueden describir de manera individual. Incluso conociendo el estado de todo el sistema de dos partículas, no es posible hacer una conclusión exacta sobre el estado de cada una de ellas.

Según él, las partículas entrelazadas no tienen propiedades individuales, solo compartidas. Desde un punto de vista matemático, están inextricablemente vinculadas, incluso si se encuentran en lugares completamente distintos.

Durante el experimento, los átomos fueron irradiados con potentes pulsos láser de alta frecuencia. Bajo su influencia, un electrón abandonaba el átomo. Si la radiación era lo suficientemente intensa, el segundo electrón también se veía afectado: pasaba a un nivel energético más alto y comenzaba a orbitar el núcleo en otra trayectoria.

Los investigadores descubrieron una sorprendente conexión: el momento del "nacimiento" del electrón que se escapaba – es decir, el tiempo en que abandonaba el átomo – resultaba estar entrelazado cuánticamente con el estado del electrón restante.

El profesor Burgdörfer señala un hecho paradójico: el propio electrón "no sabe" cuándo exactamente abandonó el átomo. Se encuentra en una superposición cuántica de diferentes estados, como si esto hubiera ocurrido simultáneamente antes y después.

La conclusión principal es que, si el electrón restante está en un estado de alta energía, el electrón libre probablemente abandonó el átomo antes. Si la energía del electrón restante es baja, entonces el "nacimiento" del electrón libre ocurrió más tarde, en promedio 232 attosegundos después.

Para referencia: un attosegundo es una milmillonésima de segundo. A pesar de un intervalo de tiempo tan minúsculo, estas diferencias no solo pueden calcularse, sino también medirse experimentalmente.

La profesora Iva Brezinova, coautora del estudio, explica que el electrón no simplemente "salta" fuera del átomo. Se asemeja a una onda que "se derrama" desde el átomo, y este proceso lleva cierto tiempo. Es en esta fase donde surge el entrelazamiento, que más tarde puede medirse con precisión observando ambos electrones.

Los resultados del estudio se han publicado en la revista Physical Review Letters. Actualmente, los científicos están en conversaciones con otros grupos de investigación que desean confirmar experimentalmente la existencia de este fenómeno.