{"id":12510,"date":"2015-06-20T06:35:55","date_gmt":"2015-06-20T05:35:55","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=12510"},"modified":"2015-06-20T06:35:55","modified_gmt":"2015-06-20T05:35:55","slug":"coreografia-de-un-par-de-electrones-2","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2015\/06\/20\/coreografia-de-un-par-de-electrones-2\/","title":{"rendered":"Coreograf\u00eda de un par de electrones"},"content":{"rendered":"
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Hawking sobre dos piernas<\/a><\/div>\n
Es importante saber medir y elegir las unidades para ello<\/a><\/div>\n<\/div>\n

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TRIBUNA<\/strong><\/p>\n

El movimiento sincronizado de los electrones<\/a> en el \u00e1tomo de Helio ha podido ser visualizado y controlado por primera vez utilizando pulsos l\u00e1ser<\/a> de ottosegundos. As\u00ed lo contaron en Tribuna los autores del trabajo, Luca Argenti y Fernando Mart\u00edn.<\/p>\n

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\u00a0\u00a0\u00a0 Fotogramas de la pel\u00edcula del movimiento de un par de electrones<\/a> en el \u00e1tomo de helio.<\/div>\n<\/div>\n
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F\u00edsicos y qu\u00edmicos nos sorprenden cada d\u00eda con el control que pueden ejercer sobre la materia. Por primera vez, investigadores espa\u00f1oles y alemanes hemos conseguido obtener la pel\u00edcula del movimiento de los dos electrones<\/a> que constituyen el \u00e1tomo de helio e incluso controlar los pasos de esta singular pareja de baile. Para ello, hemos empleado una combinaci\u00f3n de pulsos de luz visible y ultravioleta con una duraci\u00f3n de tan solo unos pocos cientos de attosegundos (un attosegundo es una mil millon\u00e9sima de una milmillon\u00e9sima parte de un segundo). El control sobre el movimiento de pares de electrones<\/a> podr\u00eda revolucionar nuestra visi\u00f3n de la qu\u00edmica, ya que los enlaces entre los distintos \u00e1tomos que constituyen las mol\u00e9culas, desde el agua al ADN, son el resultado del apareamiento de dos electrones<\/a>. Por tanto, la perspectiva de utilizar l\u00e1seres<\/a><\/a> de attosegundos para controlar el destino de los electrones<\/a> apareados en un enlace abre el camino a la producci\u00f3n de sustancias que no pueden ser sintetizadas utilizando procedimientos qu\u00edmicos convencionales.<\/p>\n

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Representaci\u00f3n animada de un \u00e1tomo de deuterio<\/a><\/a>, uno de los is\u00f3topos del hidr\u00f3geno.<\/p>\n

Para explicar algunas caracter\u00edsticas extra\u00f1as en el espectro del \u00e1tomo de hidr\u00f3geno, en 1913, el f\u00edsico Niels Bohr introdujo un modelo planetario en el que el electr\u00f3n<\/a> cargado negativamente, unido al n\u00facleo cargado positivamente por la fuerza electrost\u00e1tica de Coulomb, est\u00e1 restringido a moverse solamente a lo largo de \u00f3rbitas muy concretas. Esta cuantificaci\u00f3n del movimiento electr\u00f3nico abri\u00f3 un nuevo cap\u00edtulo de la f\u00edsica y qu\u00edmica modernas, sin el cual no se podr\u00eda haber alcanzado el conocimiento de la materia del que se dispone hoy en d\u00eda. En el modelo de Bohr, las cosas suceden r\u00e1pidamente: el a\u00f1o sideral, es decir, el tiempo que el electr\u00f3n<\/a> necesita para completar la \u00f3rbita m\u00e1s corta alrededor del n\u00facleo, tiene la incre\u00edblemente corta duraci\u00f3n de 0.000 000 000 000 000 152 segundos, o 152 attosegundos (as), un valor que se hace a\u00fan m\u00e1s peque\u00f1o cuando se consideran elementos m\u00e1s pesados en la tabla peri\u00f3dica de los elementos qu\u00edmicos.<\/p>\n

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El attosegundo es, de hecho, la escala de tiempo natural en el que los electrones<\/a> se mueven en la materia ordinaria. El movimiento ultrarr\u00e1pido predicho por el modelo de Bohr no pudo ser confirmado directamente hasta que, a comienzos de este siglo, una serie de avances revolucionarios gener\u00f3 la tecnolog\u00eda l\u00e1ser<\/a> capaz de producir destellos de luz suficientemente cortos (el r\u00e9cord mundial es de 67 as) para hacer fotograf\u00edas del movimiento de un electr\u00f3n<\/a> y as\u00ed generar la pel\u00edcula de ese movimiento. En contraste con el mundo macrosc\u00f3pico, una pel\u00edcula del movimiento del electr\u00f3n<\/a> no revela un desplazamiento a lo largo de una trayectoria bien definida. Como consecuencia del comportamiento ondulatorio de la materia a nivel at\u00f3mico, el electr\u00f3n<\/a> aparece como una nube difusa (o paquete de ondas) en movimiento. La densidad de la nube indica la probabilidad de encontrar al electr\u00f3n<\/a> en distintas regiones del espacio.<\/p>\n

En los sistemas m\u00e1s grandes que el hidr\u00f3geno, con varios electrones<\/a>, la misma fuerza de Coulomb que une a un electr\u00f3n<\/a> con el n\u00facleo tambi\u00e9n act\u00faa repulsivamente entre los electrones<\/a>. El efecto de tal repulsi\u00f3n es apantallar la carga nuclear, debilitando as\u00ed el efecto atractivo del n\u00facleo sobre cada uno de los electrones<\/a>. Sin embargo, en gran medida, los electrones<\/a> siguen actuando como part\u00edculas independientes y, por tanto, el movimiento del paquete de ondas que representa a todos los electrones<\/a> no es mucho m\u00e1s complicado que el observado para un solo electr\u00f3n<\/a> en el \u00e1tomo de hidr\u00f3geno. Hasta ahora, los experimentos llevados a cabo para seguir el movimiento de los paquetes de onda en \u00e1tomos complejos fueron capaces de poner<\/em> en marcha<\/em> un solo electr\u00f3n<\/a> a la vez, confirmando esta imagen de que los electrones<\/a> se mueven de forma casi independiente los unos de los otros.<\/p>\n

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La repulsi\u00f3n electrost\u00e1tica entre los electrones<\/a>, sin embargo, tiene un efecto secundario, m\u00e1s sutil. De la misma manera que un pasajero de autob\u00fas evita sentarse al lado de otros pasajeros y toparse con ellos a medida que camina por el pasillo, los electrones<\/a> tratan de evitarse el uno al otro cuando se mueven en el interior de un \u00e1tomo o una mol\u00e9cula; el movimiento de los electrones<\/a> se dice que est\u00e1 correlacionado. De este modo, los electrones<\/a> minimizan su repulsi\u00f3n mutua y, como consecuencia, estabilizan el \u00e1tomo o mol\u00e9cula a la que pertenecen. Dicha estabilizaci\u00f3n es responsable del balance energ\u00e9tico de todos los procesos naturales, y es clave para nuestra comprensi\u00f3n y control del comportamiento de la materia, como la transferencia de energ\u00eda en sistemas fotosint\u00e9ticos, la protecci\u00f3n de datos en los futuros ordenadores cu\u00e1nticos, etc\u00e9tera. A pesar de ello, el movimiento de dos electrones<\/a> correlacionados ha eludido la observaci\u00f3n experimental directa hasta el momento presente. Adem\u00e1s, es muy dif\u00edcil de reproducir te\u00f3ricamente, ya que, incluso para el \u00e1tomo de helio, que es el sistema m\u00e1s simple con dos electrones<\/a>, las ecuaciones f\u00edsico-cu\u00e1nticas que describen este movimiento no pueden resolverse exactamente y, en su lugar, deben realizarse costosos c\u00e1lculos num\u00e9ricos en superordenadores.<\/p>\n

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Para poder tomar en cuenta la indistinguibilidad de los dos electrones<\/a> del helio siguiendo las reglas de la Mec\u00e1nica Cu\u00e1ntica, lo cual requiere que en una \u2026<\/p>\n

Esta semana, en la revista Nature<\/em><\/a>, los investigadores te\u00f3ricos de la Universidad Aut\u00f3noma de Madrid, Luca Argenti y Fernando Mart\u00edn, en colaboraci\u00f3n con el grupo experimental de Thomas Pfeifer, del Instituto Max Planck de Heidelberg, explicamos c\u00f3mo hemos reconstruido por primera vez el movimiento simult\u00e1neo de dos electrones<\/a> excitados en el helio, a partir de datos experimentales y c\u00e1lculos de f\u00edsica cu\u00e1ntica in\u00e9ditos. Hemos utilizado una versi\u00f3n de alta resoluci\u00f3n de una t\u00e9cnica conocida como espectroscopia de absorci\u00f3n transitoria de attosegundos, mediante la cual se midi\u00f3 la transparencia de una muestra de helio a destellos cortos de luz ultravioleta en funci\u00f3n del tiempo transcurrido entre este destello y otro de luz roja generado por un l\u00e1ser<\/a> de titanio-zafiro.<\/p>\n

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Al igual que un adulto empuja a un ni\u00f1o en un columpio, el pulso ultravioleta lleva el \u00e1tomo a un estado excitado, donde ambos electrones<\/a> oscilan. Actuando de manera adecuada, las piernas de los ni\u00f1os pueden amplificar o amortiguar las oscilaciones del columpio. Y midiendo la amplitud de dichas oscilaciones se puede deducir el punto en el que el ni\u00f1o movi\u00f3 las piernas, es decir, reconstruir el movimiento original del columpio. De una manera similar, en el experimento, el pulso de luz roja fortalece o debilita la absorci\u00f3n de la luz ultravioleta en funci\u00f3n del tiempo transcurrido entre los dos pulsos. A partir de la modulaci\u00f3n de la absorci\u00f3n ultravioleta, hemos logrado reconstruir la oscilaci\u00f3n de los dos electrones<\/a>, y de ah\u00ed deducir la evoluci\u00f3n del correspondiente paquete de ondas. M\u00e1s all\u00e1 del seguimiento de este movimiento, tambi\u00e9n pudimos modificarlo y controlarlo aumentando la intensidad del pulso rojo. Volviendo a la analog\u00eda del columpio, es como si el ni\u00f1o estuviera, adem\u00e1s, sujetando una cometa: un fuerte golpe de viento alterar\u00eda por completo la oscilaci\u00f3n del columpio.<\/p>\n

Con este trabajo, consideramos que hemos abierto el camino para la observaci\u00f3n directa del movimiento electr\u00f3nico correlacionado en \u00e1tomos y mol\u00e9culas, y quiz\u00e1 para controlar el movimiento de los electrones<\/a> apareados en enlace qu\u00edmicos, lo que permitir\u00eda la producci\u00f3n de sustancias que no pueden ser obtenidas con procedimientos qu\u00edmicos convencionales.<\/p>\n

Luca Argenti y Fernando Mart\u00edn<\/strong> son investigadores te\u00f3ricos del Departamento de Qu\u00edmica de la Universidad Aut\u00f3noma de Madrid<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Hawking sobre dos piernas Es importante saber medir y elegir las unidades para ello TRIBUNA El movimiento sincronizado de los electrones en el \u00e1tomo de Helio ha podido ser visualizado y controlado por primera vez utilizando pulsos l\u00e1ser de ottosegundos. As\u00ed lo contaron en Tribuna los autores del trabajo, Luca Argenti y Fernando Mart\u00edn.   […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_s2mail":"yes","footnotes":""},"categories":[6],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/12510"}],"collection":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=12510"}],"version-history":[{"count":0,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/12510\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=12510"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=12510"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=12510"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}