Medición de los tiempos en efecto túnel con una precisión de attosegundos
Según las leyes de la física cuántica, los electrones ligados a los átomos pueden penetrar a través de una barrera de potencial que confine su ubicación como una onda. La onda puede alcanzar el otro lado de la barrera de potencial sin superarlo. La cuestión de cuánto tarda un electrón para atravesar la barrera ha sido motivo de debate teórico desde los inicios de la física cuántica. En 2008, los investigadores del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich (ETHZ) manipularon átomos de helio con un pulso de láser con el fin de reducir la barrera de ionización. Esto ayudó a uno de los electrones a salir fácilmente por efecto túnel y permitió medir el tiempo de salida mediante efecto túnel por primera vez. Con el fin de desarrollar un marco teórico sólido para sus experimentos, propusieron el proyecto «Ultrafast lasers and attosecond dynamics» (ULAD). Durante el transcurso del proyecto ULAD, los científicos compararon las predicciones de las principales teorías en conflicto y aplicaron un nuevo enfoque destinado a calcular los tiempos de efecto túnel. En particular, se estimó la distribución de probabilidad de los tiempos de efecto túnel con la ayuda de las integrales de camino de Feynman. Los resultados obtenidos con este enfoque concuerdan bien con los datos experimentales. Los científicos de ULAD aplicaron modelos adiabáticos y no adiabáticos para calcular el tiempo de efecto túnel a partir de las mediciones experimentales. Analizaron profundamente la incompatibilidad de los tiempos de efecto túnel obtenidos teóricamente con las mediciones experimentales, lo cual les permitió conocer mejor teóricamente el proceso físico subyacente al paso de los electrones a través de una barrera de potencial. Los resultados del proyecto ULAD se han descrito en seis artículos científicos publicados en revistas importantes sometidas a revisión: Physical Review Letters, Optica, J. Phys. B (reconocido como J. Phys. B Highlight de 2013) y New Journal of Physics (reconocido como destacado de 2013 de entre todas las revistas de la IOP). El trabajo de investigación también atrajo de forma importante la atención en los congresos internacionales donde se presentó. Actualmente ya se han planificado experimentos adicionales en ETHZ para validar los hallazgos del proyecto ULAD. Resolver las preguntas que surgen de los resultados experimentales proporcionará a los físicos un conocimiento más profundo de la estructura de los átomos y del proceso de ionización en sí mismo.
Palabras clave
Efecto túnel, attosegundo, electrones, física cuántica, láseres ultrarrápidos
