Efecto túnel: el misterioso poder de atravesar paredes

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Suena extraordinario, y realmente lo es. Imaginemos que aventamos una pelota contra una pared y en uno de los muchos rebotes, la pelota simplemente aparece y sigue su ruta pero al otro lado del muro. Esto en realidad sucede. Pero viene con una pequeña condición: ocurre en el mundo de lo minusculamente pequeño.

Se llama efecto túnel y es precisamente un fenómeno cuántico. En nuestra vida cotidiana, para todo fin pŕactico, podríamos pasar años arrojando objetos contra una pared y nunca vamos a verlo aparecer del otro lado. Sin embargo, en el mundo microscópico existe una probabilidad nada despreciable de que esto sí suceda.

Como todo en mecánica cuántica, las probabilidades se calculan con la ecuación de Schrödinger. Esta ecuación es algo así como la versión cuántica de la segunda ley de Newton, F=ma (fuerza igual a masa por aceleración). Las leyes de Newton jamás permitirían que un objeto atraviese una pared, a menos que tenga la suficiente energía. Pero en el reino cuántico, no es necesario tener la suficiente energía, la ecuación de Schrödinger simplemente nos dice que existe una probabilidad de encontrar a una partícula del otro lado de una pared, es decir, que la puede “tunelar”.

El efecto túnel es más que una simple curiosidad. Si bien no lo podemos observar directamente con nuestros ojos, tenemos tecnologías y fenómenos naturales que existen gracias a él. Por ejemplo:

  1. El microscopio de efecto túnel, que puede tomar imágenes a nivel atómico en una superficie
  2. Reacciones químicas, los electrones pueden “tunelar” ciertas estructuras moleculares, como en las reacciones redox. También es la causa de mutaciones espontáneas en el ADN.
  3. Decaimiento radioactivo, la emisión de partículas desde el núcleo atómico ocurre por efecto túnel, ya que las partículas no tienen la suficiente energía para escapar del núcleo, pero este efecto cuántico nos dice que existe una probabilidad de suceda.
  4. Fusión nuclear, sin efecto túnel el sol no brillaría y por tanto nosotros no existiríamos. La temperatura en el núcleo de las estrellas no es suficiente para hacer chocar los átomos y producir energía por fusión. El efecto túnel hace que sea posible.

Como sucede con todo conocimiento científico, el efecto túnel ha encontrado aplicaciones en dispositivos electrónicos como en el diodo de efecto túnel, semiconductores y superconductores. Es otro caso en donde el estudio de las propiedades fundamentales de la naturaleza nos proporciona conocimiento sólido para crear tecnología.

Los fenómenos cuánticos como el efecto túnel no pueden ser vistos directamente como nosotros quisiéramos. ¡Imaginen el espectáculo que sería ver un objeto atravesar una pared en lugar de rebotar contra ella! Sin embargo, si algo nos enseña la ciencia es que todo está conectado; asimismo, independiente de cualquier tecnología, hemos encontrado que las estrellas no brillarían si la mecánica cuántica no permitiera el efecto túnel.

En otras palabras, le debemos nuestras existencia, la del sol y la de todas las estrellas a un fenómeno cuántico, ciertamente un ingrediente importante del estar aquí y ahora.

“Into the Quantum Tunnel” by thereeljames is licensed under CC BY-NC-ND 2.0

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