El túnel cuántico es una de las cosas más interesantes que estudian los físicos …
Imagínese una pelota de tenis golpeando una pared. En una situación a la que estamos acostumbrados, rebotará en esta pared. Sin embargo, debido a la extraña naturaleza del mundo cuántico, técnicamente existe una probabilidad estadística de que la bola termine al otro lado de la barrera o incluso en la pared misma.
Aquí no estamos hablando de que la pelota atraviese la pared, al menos, esto no es del todo cierto …
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¿Qué puede suceder a nivel macro?
Si hubiera un caso extraño de tunelización cuántica a nivel macro, entonces la bola podría desaparecer repentinamente cuando se acerca a la pared, y luego reaparecer inmediatamente en el otro lado, mientras que la pared misma y la bola estarían en sus estados ideales. Por supuesto, las posibilidades de que esto suceda son extremadamente pequeñas. Sin embargo, existe una probabilidad estadística de que esto ocurra, pero en teoría podría suceder.
La razón de esto radica en la naturaleza probabilística del mundo cuántico. Como lo demuestra el principio de incertidumbre de Werner Heisenberg, la posición y el momento de una partícula no se pueden conocer simultáneamente. Por ejemplo, si conoce la posición de un electrón, entonces no puede conocer su velocidad, y si conoce la velocidad, no puede conocer su posición en el espacio. Debido a esto, las probabilidades se utilizan para "adivinar" dónde puede estar una partícula en un momento particular del tiempo: un electrón puede tener una alta probabilidad de estar en un lugar y no en otro. Estas probabilidades crean lo que se llama una "nube de probabilidades".
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Nube de probabilidad y tunelización cuántica
Como puede ver en la figura, las posibilidades de que el electrón esté en el centro de la nube son mayores que en la periferia. Sin embargo, aunque las probabilidades son increíblemente pequeñas, existe una probabilidad estadística de que se detecte un electrón cerca del borde de la nube. Aquí es donde las cosas empiezan a ponerse raras.
Nube de probabilidad de electrones.
El túnel cuántico es la capacidad de una partícula, como un electrón, de atravesar instantáneamente una barrera. Si hay una barrera de energía más alta que el electrón y el electrón se acerca a ella, generalmente asumimos que el electrón no puede superarla. De hecho, en la mayoría de los casos lo es. Sin embargo, cada electrón se comporta de forma completamente inesperada de vez en cuando. En casos raros, un electrón simplemente aparece al otro lado de la barrera.
¿Cómo es esto posible?
Debido a la naturaleza probabilística de los electrones, en el momento en que un electrón se acerca a la barrera, todavía existe una pequeña posibilidad en la nube de probabilidad de que el electrón se pueda encontrar del otro lado de la barrera.
Nube de probabilidad y barrera.
Cuando se realiza esta pequeña posibilidad y el electrón está en el otro lado, significa que se ha producido un túnel cuántico. Técnicamente, el electrón no atraviesa la barrera porque, curiosamente, en el momento del túnel cuántico, el tiempo para el electrón no existe, ocurre instantáneamente. De esta manera, los electrones pueden superar instantáneamente las barreras de energía más altas.
Estrellas y túneles cuánticos
Si bien esto puede parecer un evento muy extraño e incluso imposible, en realidad es importante para la vida en la Tierra tal como la conocemos. El sol y todas las estrellas conocidas pueden brillar a través de un túnel cuántico.
Como resultado de la fusión nuclear, se libera luz y calor en el sol. Dos núcleos atómicos, ambos cargados positivamente, chocan para formar un nuevo elemento, y en este proceso se liberan fotones. Sin embargo, el problema es que, dado que ambos núcleos están cargados positivamente, se repelen entre sí, al igual que los mismos polos de imanes en los imanes. Esto significa que existe una barrera de energía que los núcleos deben superar para fusionarse. Sin embargo, como muestran las matemáticas, los núcleos del Sol no tienen suficiente energía para superar esta barrera. La única forma de hacer esto posible es a través del muy raro caso de túnel cuántico.
Irónicamente, los túneles cuánticos también pueden tener consecuencias perjudiciales. Según la biología cuántica, que considera los sistemas vivos desde la perspectiva de la teoría cuántica, las mutaciones del ADN pueden ocurrir en un proceso llamado túnel de protones.
Si el ADN se replica durante este túnel cuántico, puede ocurrir una mutación. Hay otros casos de mutaciones de túnel cuántico que algunos científicos creen que causan cáncer. Incluso se asumió que debido a esto, los seres vivos están envejeciendo.
Es extraño pensar que lo que permite que el Sol brille y dé vida a la Tierra también puede ser la razón por la que todo en la naturaleza envejece, se degrada y muere. Sin embargo, sin los túneles cuánticos, la vida tal como la conocemos sería imposible.
