Efecto túnel para niños

Reflexión y "tunelado" de un electrón dirigido hacia una barrera de potencial. El punto resplandeciente moviéndose de derecha a izquierda es la sección reflejada del paquete de onda. Un vislumbre puede observarse a la derecha de la barrera. Esta pequeña fracción del paquete de onda atraviesa el túnel de una forma imposible para los sistemas clásicos. También es notable la interferencia de los contornos entre las ondas de emisión y de reflexión.

En el mundo de la mecánica cuántica, el efecto túnel es un fenómeno sorprendente. Imagina que tienes una pelota y una colina. Si la pelota no tiene suficiente energía para subir y pasar por encima de la colina, la lógica nos dice que nunca aparecerá al otro lado. Sin embargo, en el mundo de las partículas muy pequeñas, como los electrones, ¡esto sí puede pasar! Una partícula puede "atravesar" una barrera de energía, como si pasara por un túnel invisible, incluso si no tiene la energía para superarla de la manera tradicional.

Esto ocurre porque, a escala cuántica, las partículas se comportan como ondas. La probabilidad de encontrar una partícula en un lugar se describe con algo llamado función de onda. Si esta onda se extiende al otro lado de una barrera, hay una pequeña posibilidad de que la partícula aparezca allí, como si hubiera hecho un "túnel" a través de ella.

¿Dónde vemos el efecto túnel?

El efecto túnel es muy importante en la naturaleza y en la tecnología.

En las estrellas como el Sol

Una de las aplicaciones más asombrosas del efecto túnel es en el Sol y otras estrellas. La fusión nuclear, que es lo que hace que el Sol brille y dé calor, ocurre gracias a este efecto. Los hidrones (que son núcleos de hidrógeno) en el centro del Sol no tienen suficiente energía para chocar y unirse debido a la repulsión eléctrica entre ellos. Pero, gracias al efecto túnel, hay una pequeña probabilidad de que algunos de ellos logren "atravesar" esa barrera y se fusionen, liberando una enorme cantidad de energía. Aunque la probabilidad es pequeña, el Sol tiene tantas partículas que este proceso ocurre constantemente. Por eso, las estrellas más grandes, que tienen hidrones con más energía, queman su combustible más rápido.

En la tecnología moderna

El efecto túnel también se usa en muchos inventos:

• Los microscopios de efecto túnel pueden ver objetos increíblemente pequeños, incluso átomos individuales. Hacen esto usando electrones que "tunelan" sobre la superficie de lo que se quiere observar.
• Las memorias flash, que se usan en los teléfonos, cámaras y USB, funcionan gracias a este efecto para guardar información.
• También es importante en la electrónica de los semiconductores y superconductores.

En la biología

Incluso en nuestro propio cuerpo, las enzimas (que son proteínas que aceleran las reacciones químicas) usan el efecto túnel. Se ha visto que pueden transferir electrones y átomos, como el hidrógeno, a través de túneles de energía para que las reacciones ocurran más rápido.

Historia del descubrimiento

El efecto túnel fue explicado por primera vez alrededor de 1928.

• George Gamow fue uno de los primeros en usarlo para entender cómo los núcleos atómicos se desintegran, un proceso llamado desintegración Alfa. Antes, se pensaba que las partículas estaban atrapadas en el núcleo y necesitaban mucha energía para escapar. Gamow demostró que, por la mecánica cuántica, hay una probabilidad de que simplemente "tunelen" fuera.
• Al mismo tiempo, Ronald Gurney y Edward Condon también llegaron a conclusiones similares.
• Más tarde, Max Born se dio cuenta de que el efecto túnel no solo se aplicaba a la física nuclear, sino que era un principio general de la mecánica cuántica que se podía ver en muchos otros sistemas.

Hoy en día, la teoría del efecto túnel se sigue investigando y aplicando en campos como la cosmología (el estudio del universo) y en el desarrollo de nuevas tecnologías.

Explicación sencilla

Fig.2

Imagina de nuevo la analogía de la pelota y la colina (Fig.2). En la física clásica, si la pelota no tiene suficiente energía para subir la colina, se quedará en el mismo lado. Pero en el mundo cuántico, la pelota (o partícula) puede ocasionalmente "atravesar" la colina y aparecer al otro lado, en un estado de menor energía. Es como si hubiera un túnel secreto que la conecta con el otro lado, sin necesidad de subir.

Es importante recordar que este efecto solo se observa en escalas muy, muy pequeñas, con partículas del tamaño de un átomo o incluso más pequeñas. A nuestro tamaño, no podemos atravesar paredes, ¡pero los electrones sí pueden hacerlo!

En la cultura popular

El concepto del efecto túnel, o "túnel cuántico", ha aparecido en varias obras de ficción:

• En un episodio de Los Simpson, Homer y Bart atraviesan una montaña llamada "Quantum tunnel".
• En la serie de ciencia ficción Sliders, los personajes viajan a universos paralelos usando el efecto túnel.
• En la serie de ciencia ficción Zeta Disconnect, el portal para viajar en el tiempo es un túnel cuántico.
• En el videojuego Supreme Commander, los humanos usan el efecto túnel para teletransportarse.
• En la novela Rescate en el tiempo de Michael Crichton, los personajes lo usan para viajar en el tiempo.
• Kitty Pryde, un personaje de los cómics Marvel, usa una habilidad similar para atravesar objetos sólidos.

Véase también

• Efecto Josephson
• SQUID
• Diodo túnel
• Microscopio de efecto túnel
• Barrera de potencial

Galería de imágenes

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  Diagrama que compara el movimiento clásico con el efecto túnel.