Desafiante. Quizás ese adjetivo sea uno de los que mejor define lo cuántico, una disciplina que desafía la concepción que tenemos del mundo que nos rodea y que plantea dudas sobre lo que realmente entendemos y lo que no. Un fenómeno muy característico de esta rama de la física –y uno de los más curiosos y atractivos por su singularidad– es el efecto túnel, un evento que permite que las partículas “salten” o “atraviesen” barreras que, según las leyes clásicas, debería ser insuperable.
Sin embargo, lo más fascinante es que, aunque este efecto pueda sonar a ciencia ficción o perteneciente a historias de naves espaciales que saltan de un punto a otro del Universo atravesando barreras invisibles, este fenómeno no sólo es real, sino que también tiene aplicaciones prácticas. . en nuestra vida diaria y en diversos campos de la ciencia y la tecnología.
UN CONCEPTO REVOLUCIONARIO
El efecto túnel fue uno de los primeros conceptos que dio origen a la mecánica cuántica, en los años 20, a raíz de las investigaciones de figuras tan importantes como Max Born, Werner Heisenberg o Erwin Schrödinger, que exploraron el naturaleza ondulada de partículas subatómicas. Por su parte, el físico Friedrich Hund fue el responsable de acuñar el término “efecto túnel” en 1927, describiendo cómo las partículas pueden penetrarr barreras potenciales sin tener suficiente energía clásica para superarlos, desafiando así las leyes físicas convencionales.
A lo largo de las décadas, el efecto túnel fue objeto de intensas investigaciones experimentales y teóricas, con experimentos clave como el experimento de barrera potencial realizado por Brian Josephson en la década de 1960. Este experimento demostró que Los pares de electrones podrían cruzar barreras potenciales sin perder energía., confirmando así las predicciones de la mecánica cuántica y las hipótesis del resto de físicos teóricos. Fue precisamente este experimento el que solidificó la existencia del efecto túnel y lo estableció como uno de los fundamentos de la cuántica.
Ahora bien, con el tiempo el estudio del efecto túnel ha evolucionado y se ha convertido enriquecido con las aportaciones de numerosos científicos y físicos teóricos. Desde la comprensión de los procesos nucleares en las estrellas hasta sus aplicaciones en electrónica y nanotecnología, el efecto túnel se ha convertido en un fenómeno ubicuo y ampliamente versátil.
¿QUÉ ES EL EFECTO TÚNEL?
Responder a la pregunta de qué es el efecto túnel sin entrar en tecnicismos no es una tarea sencilla, pero se puede dar una explicación simplificada que ilustre en qué consiste este proceso único. Imagina que tienes una pelota que rueda montaña abajo. Según las leyes de la física clásica, la pelota tendería a Rodar hacia abajosiguiendo la inclinación de la montaña: si quisiera subir hasta la cima y luego bajar, la pelota requeriría energía adicional eso la impulsó cuesta arriba.
Esquema representativo del efecto túnel. En azul, identificado como “camino clásico”, se muestra el camino que seguiría la partícula según la física clásica. En amarillo, descrito como “camino mecánico cuántico (túnel)”, se muestra el camino real que sigue la partícula al experimentar el efecto túnel.
Sin embargo, en mecánica cuántica, esa misma bola podría “atravesar” la montaña sin necesidad de esa energía adicional. En términos más técnicos, este fenómeno se conoce como “túnel cuántico”, usando esa metáfora para referirse a un túnel invisible que conectaría ambos lados de la montaña debajo de la cima y por el que la pelota podría pasar perfectamente. Bueno, este ejemplo se puede extrapolar a partículas subatómicas, como los electrones, que Podrán “saltar” ciertas barreras energéticas sin necesidad de disponer de energía suficiente para superarlos según las leyes de la física clásica.
Ahora bien, es importante señalar que la construcción de túneles se produce sólo a escalas extremadamente pequeñas, en el mundo subatómico. De hecho, esto sólo se nota cuando las partículas intercambiar energía a niveles muy bajosy siempre se rige por la segunda ley de la termodinámica: la cantidad de entropía en el Universo tiende a aumentar con el paso del tiempo.
Max Born: el padre eclipsado de la mecánica cuántica
EL EFECTO TÚNEL EN EL MUNDO REAL
Sin embargo, a pesar de esta manifestación a escalas subatómicas, sus aplicaciones prácticas son muy amplias y diversas, abarcando campos muy variados. Por ejemplo, una de las aplicaciones más importantes del efecto túnel es en la Electrónica y en el diseño de dispositivos conductores.que aprovechan el túnel cuántico para crear cambios abruptos en el flujo de corriente eléctrica, permitiendo así una conmutación más rápida y eficiente que los dispositivos más convencionales.
También en Investigación y manipulación de estructuras a escala nanométrica. Es un fenómeno de gran importancia, especialmente a través de la microscopía de túnel (STM). El STM utiliza así el efecto túnel para explorar y visualizar superficies a nivel atómico, lo que ha permitido avances significativos en la comprensión y el diseño de materiales y dispositivos a nanoescala. También es fundamental para la fabricación y funcionamiento de nanodispositivos, como los nanotubos de carbono o los puntos cuánticos, protagonistas del Premio Nobel de Química 2023.
Incluso en medicamento destaca el efecto túnel, donde se ha comenzado a explorar para aplicaciones de diagnostico y tratamiento. Por ejemplo, la resonancia magnética de tunelización (TQMR) es una técnica que utiliza la tunelización para mejorar la sensibilidad y precisión de las imágenes médicas, lo que permite la detección temprana de enfermedades y afecciones médicas, incluida una resolución sin precedentes. .
