Comencemos con una broma de física cuántica cortesía de The Big Bang Theory: un físico entra a una heladería y pide un helado para él y otro para el asiento vacío a su lado.
Hace esto todos los días durante semanas hasta que el dueño de la heladería le pregunta qué es lo que está haciendo.
El físico dice: “Bueno, soy un físico y la mecánica cuántica nos dice que la materia sobre esta silla podría convertirse espontáneamente en una mujer hermosa, que acepte mi propuesta y se enamore de mí.
El dueño responde que hay muchas mujeres hermosas ahí.
¿Por qué no comprarle un helado a cualquiera de ellas?
El físico dice: “Sí, pero ¿cuáles son las probabilidades de que eso pase?”
Esto nos acerca a un concepto llamado túnel cuántico.
El túnel cuántico es un proceso que permite a un partícula, clásicamente denominada “partícula cuántica” cruzar del punto A al punto B , aunque carezca de la energía suficiente para hacerlo.
Un ejemplo de este fenómeno es el funcionamiento de un microscopio de efecto túnel. Un STM (por sus siglas en inglés) funciona midiendo la corriente túnel a medida que los electrones circulan entre la punta de exploración y la superficie de una muestra.
Se aplica un voltaje entre la aguja del microscopio y la muestra, pero la aguja no tiene la energía suficiente para superar la atracción entre los electrones y los átomos en la aguja.
Entonces, técnicamente, un electrón no debería poder cruzar la barrera de energía que existe entre la aguja del microscopio y la aguja. Sin embargo, si la aguja está lo suficientemente cerca a la muestra, la corriente fluye de todos modos, ya que los electrones crean un túnel entre ambos puntos.
Debido a que la probabilidad de crear túneles decrece exponencialmente con la distancia, la corriente túnel es aún más sensible a la distancia, lo que en algunas situaciones permite al microscopio de túnel mapear la superficie de la muestra.
Recapitulemos un poco.
Supongamos que tienes una roca y la arrojas contra un muro.
El túnel cuántico plantea la idea de que, al colisionar con una superficie, un objeto (en este caso, la roca) tiene una posibilidad MUY pequeña (muy cercana a cero) de penetrar en la pared y aparecer del otro lado.
Por supuesto que un objeto de ese tamaño, con una cierta cantidad de masa, seguramente no podrá cruzar la barrera entre la roca y el espacio vacío del otro lado como por arte de magia.
Sin embargo, la situación sería otra para algo muy pequeño, como un electrón.
El electrón podría comportarse como partícula o como onda, e inevitablemente cancelar los efectos de la barrera al enfocar una gran cantidad de energía en la barrera, si esta es lo suficientemente delgada. En el espacio, una barrera de este tipo podría no necesariamente ser un objeto físico. Podría ser una energía como el voltaje que se suministra entre la muestra y la aguja en el microscopio de efecto túnel.
Recientemente, los físicos han comenzado a explorar la posibilidad de un segundo tipo de túnel cuántico, que ocurre de un modo completamente diferente. Se basa en la idea de que una partícula cuántica puede convertirse en otra partícula cuántica y volver a cambiar con un cierto grado de probabilidad.
El túnel se da cuando una partícula pasa de ser una partícula que interactúa fuertemente con la barrera y por lo tanto no puede atravesarla, a una que no interactúa con la barrera, por lo que puede cruzarla con facilidad.
Un ejemplo de esto son las partículas cuánticas teóricas que se convierten por un breve tiempo en partículas de materia oscura, atravesando barreras que de otro modo serían impasables.
Este experimento del tipo de “hacer brillar una luz a través de una pared” es un candidato a tener en cuenta en la búsqueda de la materia oscura.
Los científicos proponen ahora un tercer tipo de túnel cuántico.
En este caso, una partícula cuántica se convierte en un par de partículas virtuales que atraviesan la barrera y luego se convierte nuevamente en la partícula original. Un ejemplo de esto son los fotones que se convierten en mini-partículas cargadas, partículas con mínimas cargas electrónicas fraccionales predichas por algunas versiones de la teoría de cuerdas.
Estas partículas deberían pasar a través de un espejo que normalmente reflejaría los fotones, como si los fotones hubieran creado un túnel a través de la barrera (lo que, en efecto, ha sucedido).
Estos fenómenos nos permiten probar algunas de las predicciones realizadas por la teoría de cuerdas, lo que en sí mismo es importante.
