Miden la diferencia de peso de un electrón al absorber o liberar energía

Asombroso, pero cierto: si cargas tu smartphone, se vuelve más pesado. Esto puede explicarse por la equivalencia de la energía (E) y la masa (m), que Einstein expresó en la fórmula más famosa de la física: E = mc² (siendo "c" la velocidad de la luz en el vacío). Sin embargo, este efecto es tan pequeño que no afecta para nada a nuestra experiencia cotidiana. Y, por supuesto, una báscula convencional no sería capaz de detectar las diferencias de peso de esta clase.

Sin embargo, en el Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg, Alemania, hay una “báscula” que sí puede: Pentatrap. Puede medir el minúsculo cambio de masa de un solo átomo cuando un electrón en él absorbe o libera energía a través de un salto cuántico. Pentatrap abre así un nuevo mundo para la física de precisión.

Gracias a Pentatrap, el equipo de Klaus Blaum y Sergey Eliseev en el citado instituto ha medido con éxito este cambio infinitesimal en la masa de átomos individuales por primera vez.

Los mencionados saltos cuánticos en las órbitas o capas de electrones en los átomos hacen que nuestro mundo sea como es, al permitir la fotosíntesis que sustenta directa o indirectamente a muchas formas de vida, las reacciones químicas en general y la creación del color y nuestra visión, entre muchos otros fenómenos cotidianos.

Pentatrap se encuentra en un gran electroimán superconductor. El interior del contenedor se enfría a una temperatura cercana al Cero Absoluto (unos 273 grados centígrados bajo cero, la temperatura más baja que permiten las leyes de la física). Gracias a ello, se elimina el calor (o movimiento) de modo que los átomos experimentan una inmovilidad casi total. Debido a que la mera presencia de una persona en la sala influiría en las mediciones por su temperatura corporal, entre otras cosas, no se permite a nadie entrar en el laboratorio durante los experimentos. El sistema está controlado a distancia. (Foto: MPI for Nuclear Physics)

El equipo ha descubierto además en el renio un estado cuántico no observado previamente y que exhibe propiedades especiales. Este estado cuántico podría ser útil para el diseño de futuros relojes atómicos.

En el estudio de este nuevo estado cuántico ha participado de manera destacada Rima Schüssler, del instituto mencionado. Ella conoce bien Pentatrap, ya que ha ayudado a su construcción desde 2014. Schüssler utiliza la siguiente analogía para describir el grado de sensibilidad con el que Pentatrap puede detectar el salto de un electrón a este estado cuántico a través del cambio de masa de un átomo de renio: "Pesando un elefante de seis toneladas, fuimos capaces de determinar si una hormiga de diez miligramos se arrastraba sobre él". (Fuente: NCYT Amazings)