Una onda cuántica de un neutrón en dos cristales

Las partículas subatómicas pueden moverse como ondas a lo largo de diferentes caminos al mismo tiempo;  este fue uno de los descubrimientos más importantes de la física cuántica. Un ejemplo especialmente impresionante del fenómeno es el interferómetro de neutrones: se disparan neutrones a un cristal, la onda de neutrones se divide en dos porciones, que luego vuelven a superponerse. Se puede observar un patrón de interferencia característico que demuestra las propiedades de onda de esta y otras partículas de la materia.

Estos interferómetros de neutrones han desempeñado un papel importante en las mediciones de precisión y en la investigación de la física fundamental durante décadas. Sin embargo, su tamaño siempre ha sido limitado porque solo funcionaban si se tallaban a partir de una sola pieza de cristal. Desde la década de 1990, se ha intentado fabricar interferómetros a partir de dos cristales separados, pero sin éxito. Hasta ahora.

Ahora, un equipo de la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien) en Austria, el Instituto Nacional de Investigación Metrológica (INRIM) en Turín (Italia) y el Instituto Laue-Langevin (ILL) en Grenoble (Francia) ha logrado justamente esa hazaña, fabricar un interferómetro de neutrones a partir de dos cristales separados. Lo ha conseguido utilizando un sistema de alta precisión para la alineación de los cristales.

El reto al que se enfrentaron Hartmut Lemmel (TU Wien) y sus colegas de Austria, Italia y Francia no fue fácil. La precisión requerida para usar dos cristales en vez de uno es elevadísima. Cuando un cristal del interferómetro se desplaza un solo átomo, el patrón de interferencia se desplaza un período completo. Si uno de los cristales se gira en un ángulo del orden de la cienmillonésima de grado, esa desviación minúscula ya basta para destruir el patrón de interferencia. La precisión angular requerida corresponde aproximadamente a la necesaria para disparar una partícula desde Viena a Grenoble para acertarle a una cabeza de alfiler, a 900 kilómetros de distancia; o la necesaria para disparar la partícula desde la Tierra y acertar a una rejilla de desagüe para lluvia que estuviera instalada en la Luna.

Michael Jentschel, Carlo Paolo Sasso, Enrico Massa y Hartmut Lemmel, cuatro de los miembros del equipo de investigación. (Foto: Michael Jentschel, ILL)

No tener ya que depender de un cristal de una sola pieza, elimina las limitaciones de tamaño inherentes a ello y abre posibilidades completamente nuevas para las mediciones cuánticas, incluida la investigación de los efectos cuánticos en un campo gravitatorio.

El equipo de Lemmel expone los detalles técnicos de su logro en la revista académica Journal of Applied Crystallography, bajo el título “Neutron interference from a split-crystal interferometer”. (Fuente: NCYT de Amazings)