Por primera vez se ha medido el espín de un electrón

El espín es una propiedad intrínseca de las partículas elementales, al igual que la carga eléctrica, derivada de su momento de rotación angular.

La primera evidencia experimental que refrendaba su existencia llegó en 1922 gracias a los experimentos de los físicos alemanes Otto Stern y Walther Gerlach, aunque los científicos no empezaron a entender la naturaleza de esta importantísima propiedad de las partículas elementales hasta unos años más tarde.

La razón por la que no es fácil comprender con precisión qué es el espín se debe a que es un fenómeno cuántico, por lo que no es del todo correcto describirlo como un movimiento de rotación convencional en el espacio.

Aun así, la descripción del párrafo anterior suele utilizarse con una finalidad didáctica debido a que nos ayuda a intuir sin demasiado esfuerzo de qué estamos hablando.

En cualquier caso, la naturaleza cuántica de esta propiedad nos anticipa algo importante: medirlo es difícil.

Tanto, de hecho, que hasta ahora no había podido hacerse con precisión.

Afortunadamente, este muro ha sido derribado. Y es que un equipo de investigadores constituido por físicos de varias universidades italianas, alemanas, británicas y estadounidenses ha conseguido medirlo por primera vez.

Eso sí, para lograrlo se han visto obligados a utilizar un acelerador de partículas de tipo sincrotrón, una máquina que mantiene las partículas aceleradas en una trayectoria cerrada, así como técnicas muy avanzadas de análisis del comportamiento de la materia.

Esta declaración de Domenico Di Sante, que es uno de los investigadores que han participado en este hallazgo, expresa claramente qué tienen entre manos:

“El comportamiento de los electrones en los materiales está condicionado por varias propiedades cuánticas que determinan la forma en que orbitan en la materia de la que forman parte.

Este fenómeno es similar a cómo la trayectoria que sigue la luz cuando viaja a través del universo se ve alterada debido a la presencia de estrellas, agujeros negros, materia oscura o energía oscura, que son capaces de curvar el continuo espacio-tiempo”.

La descripción que nos propone Di Sante nos ayuda a intuir un poco mejor por qué es tan difícil medir el espín.

De hecho, dejando a un lado los detalles más complejos de este experimento lo han logrado analizando la capacidad de absorción de la luz que tienen los materiales dependiendo de su polarización.

El sincrotrón lo han utilizado, precisamente, para generar la luz. No obstante, lo más importante son las aplicaciones que puede tener este descubrimiento.

Hasta ahora no se había conseguido medir el espín de forma directa, que es, precisamente, lo que han logrado estos científicos, de manera que el conocimiento que les ha entregado este experimento puede marcar la diferencia en nuestra comprensión de la naturaleza de la materia.

Todavía no está del todo claro qué aplicaciones puede tener este hito, pero los responsables del experimento sostienen que este conocimiento se podrá utilizar en disciplinas como las energías renovables, la biomedicina o los computadores cuánticos.

De hecho, si nos ceñimos a estos últimos merece la pena que recordemos que el espín interviene en la codificación del estado cuántico de un cúbit, por lo que parece razonable aceptar que un conocimiento más profundo de esta propiedad de las partículas elementales puede ayudar a los investigadores en computación cuántica a diseñar cúbits más robustos.

Fuente: Phys.org