La mecánica cuántica requiere que un átomo o cualquier otro objeto cuántico esté en 2 lugares al mismo tiempo. Esta naturaleza deslocalizada se debe a la naturaleza probabilística fundamental de la función de onda que describe que contiene una descripción completa del objeto cuántico.
La función de onda también conduce a la naturaleza dual de un objeto cuántico. Si va a ser una onda descrita por un estado propio de onda o una partícula descrita por un estado propio de partículas. El estado en el que estaría el objeto cuántico está determinado únicamente por la situación física en consideración.
En el caso de un átomo, la prueba estándar para la deslocalización es el experimento de doble rendija del átomo frío. Se ha realizado utilizando haces de átomos a muy baja temperatura. Cuando el átomo golpea las rendijas, es un estado propio de onda y, por lo tanto, se deslocaliza y pasa a través de ambas rendijas al mismo tiempo. Cuando llega a la pantalla, la función de onda colapsa a un estado propio de partículas que se registra como un punto brillante en la pantalla.
- ¿Cuáles son las diferencias y similitudes entre átomos y elementos?
- Termodinámica: cuando un objeto como una roca se calienta, si los átomos mismos no intercambian temperatura, ¿qué parte del objeto almacena y libera calor?
- ¿Cuántos datos se necesitarían para ejecutar / almacenar la configuración exacta de un átomo de hidrógeno, hasta los límites de Planck?
- ¿Cuál es la relación entre la hibridación del átomo central y el ángulo de enlace, por ejemplo NH3, NF3?
- ¿La diferencia en la electronegatividad entre dos átomos afecta la entalpía / fuerza del enlace? ¿Si es así, cómo?
De hecho, esto se logró no solo para átomos individuales, sino también para moléculas e incluso grupos de átomos, como bolas de bulevar C60 y grupos muy grandes de átomos que contienen más de un millón de átomos. Todos estos experimentos han verificado la naturaleza deslocalizada de los átomos.
En los últimos 20 años ha surgido otra prueba llamada condensado de Bose-Einstein de átomos alcalinos. En este experimento, una colección de hasta 10 mil millones de átomos alcalinos neutros, como hidrógeno, sodio, rubidio, etc., se enfría a unos pocos nano kelvin mediante enfriamiento óptico y magnético en una trampa de átomos magnetoópticos.
Los átomos se atrapan usando ondas estacionarias de luz láser de longitud de onda óptica y la degeneración entre los 2 estados propios más altos del átomo se elimina aplicando un campo magnético fuerte y atrapando electrones de espines opuestos en estos 2 estados propios. Le sigue un giro de giro de radiofrecuencia desde el estado propio inferior del átomo hasta el superior y luego elimina todos los átomos más energéticos con electrones en el estado propio superior de la trampa. Los átomos que quedan en la trampa están a una temperatura muy baja.
La suma de los giros de todos los constituyentes en estos átomos, como electrones, protones y neutrones, se suman a un número entero y, por lo tanto, uno puede considerar que estos átomos son bosones. A la baja temperatura de unos pocos nano kelvin, aproximadamente el 90% de los átomos en la trampa caen al mismo estado fundamental cuántico y se describen por la misma función propia.
Esto conduce a un fenómeno fascinante conocido como objeto cuántico macroscópico que es visible a simple vista. ¡En este objeto, el átomo individual se deslocaliza a una distancia de más de 100 micro metros! Este objeto también exhibe otras características notables, como la superfluidez y la viscosidad cero, la capacidad de detener y almacenar la luz y liberarla en un momento posterior sin cambios y un análogo atómico de la explosión de supernova de una estrella masiva conocida como Bosenova.
