Los matemáticos de las universidades de York, Munich y Cardiff han identificado una propiedad única de las partículas cuánticas: pueden moverse en sentido opuesto a la dirección en la que se están empujando.
En la vida cotidiana, los objetos viajan en la misma dirección que su ímpetu, un coche en movimiento delantero va hacia adelante, y ciertamente no hacia atrás.
Sin embargo, esto ya no es verdad a escala microscópica, las partículas cuánticas pueden ir parcialmente hacia atrás y viajar en la dirección opuesta a su empuje. Esta propiedad única se conoce como «backflow» o contraflujo.
Nuevo descubrimiento
Esta es la primera vez que se ha encontrado una partícula donde actúan fuerzas externas. Anteriormente, los científicos solo eran conscientes de este movimiento en partículas cuánticas «libres», donde ninguna fuerza estába actuando sobre ellas.
Utilizando una combinación de métodos analíticos y numéricos, los investigadores también obtuvieron estimaciones precisas sobre la fortaleza de este fenómeno. Estos resultados demuestran que el contraflujo está siempre presente, pero es un efecto bastante pequeño, lo que puede explicar por qué aún no se ha medido.
Este descubrimiento abre el camino para más investigaciones sobre la mecánica cuántica, y podría aplicarse a futuros experimentos en campos de tecnología cuántica, como el cifrado de computadoras.
Único para partículas cuánticas
El Dr. Henning Bostelmann, Investigador del Departamento de Matemáticas de York, dijo: «Este nuevo análisis teórico en partículas cuánticas indica que este efecto de contraflujo es omnipresente en la física cuántica.
«Hemos demostrado que el contraflujo siempre puede ocurrir, incluso si una fuerza está actuando sobre las partículas cuánticas mientras viajan. El efecto de contraflujo es el resultado de la dualidad onda-partícula y la naturaleza probabilística de la mecánica cuántica, y ya se ha demostrado en un caso idealizado de movimiento libre de fuerza».
El Dr. Gandalf Lechner, investigador de la Facultad de Matemáticas de la Universidad de Cardiff, dijo: «Las fuerzas pueden, por supuesto, hacer que una partícula retroceda, es decir, pueden reflejarla, y esto naturalmente conduce a un aumento del contraflujo. Un medio libre de reflexión, dónde se produce un flujo de retroceso, en la presencia de la reflexión, por otro lado, encontramos que el contraflujo sigue siendo un efecto pequeño, estimando su magnitud».
Fuerzas externas
La Dra. Daniela Cadamuro, Investigadora de la Universidad Técnica de Múnich, dijo: «El efecto de contraflujo en la mecánica cuántica se conoce desde hace bastante tiempo, pero siempre se ha discutido con respecto a las partículas cuánticas «libres», es decir, no hay fuerzas externas actuando sobre la partícula.
«Como las partículas cuánticas «libres» son una situación idealizada, tal vez no realista, hemos demostrado que el contraflujo todavía se produce cuando hay fuerzas externas, lo que significa que las fuerzas externas no destruyen el efecto de retroceso, lo que es un nuevo descubrimiento emocionante.
«Estos nuevos hallazgos nos permiten averiguar la configuración óptima de una partícula cuántica que exhibe la cantidad máxima de contraflujo, lo cual es importante para la verificación experimental futura».
Un poco más sobre el contraflujo o “backflow”
El “backflow” o contraflujo es el fenómeno en que la corriente de probabilidad de una partícula cuántica en línea puede fluir en dirección opuesta a la fuerza de empuje. En este trabajo, las investigaciones previas de backflow, pertenecientes a la dinámica de interacción libre o aspectos puramente cinemáticos, se extienden a situaciones de dispersión en potenciales de corto alcance. Se demuestra que el contraflujo es un efecto cuántico universal que existe en cualquier potencial, y siempre tiene una extensión espacial limitada en un sentido específico. Se investigan los efectos de los procesos de reflexión y transmisión en el contraflujo, tanto analíticamente para potenciales generales como numéricamente en varios casos concretos.
