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domingo, 20 de marzo de 2011


El giro del Electrón





Unos científicos buscaban diseñar un transistor ultra rápido cuando se toparon con un descubrimiento completamente distinto. Físicos en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) y en el Instituto para NanoSistemas de California estudiaban las propiedades electrónicas del grafeno cuando los mordió un electrón; figurativamente, hablando, por supuesto. El electrón, como toda partícula subatómica, tiene unas propiedades extrañas. En primer lugar se trata de un auténtico punto, no tiene radio, ni superficie o una subestructura que pueda explicar una de sus características vitales: ¡gira!


La mecánica cuántica asigna dos tipos de estados al electrón, únicamente dos. Ese valor permite la estabilidad de la materia y otros fenómenos importantes como las reacciones químicas, así que no estamos hablando de poca cosa. Aunque no tenemos idea de por qué el electrón tiene esos dos estados y no tres o doce o estados infinitos, sin embargo, que sea ese valor permite muchos fenómenos fundamentales de la materia. El espín o giro del electrón puede ser hacia arriba o hacia abajo (spin-up, spin-down) y se desconoce cómo este punto logra el movimiento de rotación que sugiere estos dos estados giratorios.
“Si el electrón tuviese un radio, la superficie implícita tendría que moverse más rápido que la velocidad de la luz, lo que violaría la teoría de la relatividad. Sin embargo, el físico británico Paul Dirac descubrió en 1928 que el giro del electrón está íntimamente relacionado con la estructura del espacio-temporal. Su elegante argumento combinó la física cuántica con la relatividad especial, que es la teoría de Einstein de espacio-tiempo que resultó en la fórmula E=mc2”, explica el profesor Chris Regan. “A pesar de que Dirac nos regaló una ecuación que demanda el giro del electrón, más que acomodarlo, no nos provee con una imagen mecánica que explique cómo una partícula que es un punto logra adquirir momento angular, tampoco explica por qué su giro tiene sólo dos estados”, añade Regan.

“Lo que hemos descubierto hoy sugiere que el espín del electrón puede surgir debido a que el espacio a distancias realmente pequeñas no es liso, más bien está segmentado, como un tablero de ajedrez”. Según esta nueva visión, percibimos que el electrón gira si los cuadros del tablero están tan cercanos unos del otro que la separación es realmente indetectable.

Regan y Matthew Mecklenburg querían medir la capacidad como transistor de este material llamado grafeno, una lámina individual de grafito que fue aislado por primera vez en el 2004 por Andre Geim y Kostya Novoselov y a quienes se le otorgó el Nobel por el descubrimiento seis años después. Pues bien, el grafeno tiene un sinnúmero de propiedades eléctricas extraordinarias y los físicos andan experimentando para conocerlas mejor. El trabajo de Regan y Mecklenburg involucraba cómo la luz interactúa con los electrones en el grafeno. Regan hizo su doctorado sobre la estructura del electrón así que conoce muy bien al sujeto.
“Los electrones en el grafeno se mueven saltando de átomo de carbono a átomo de carbono, como si saltaran en un tablero de ajedrez, sin embargo, en el grafeno, las lozas son triangulares, las oscuras apuntan hacia arriba y las claras hacia abajo. Cuando un electrón en el grafeno absorbe un fotón, salta de las lozas claras a las oscuras. Mostramos con nuestro experimento que esta transición es equivalente a cambiar de un estado del espín de arriba al de abajo”.

Para Regan, sería bastante improbable que sólo el entramado tipo panal de abeja del grafeno sea el único capaz de generar espín. “No tenemos claro si nuestro trabajo será de utilidad en esclarecer cómo surge el espín del electrón en el espacio, pero puede ser una opción para explicar mejor la estructura del espacio que habitamos”, dijo Mecklenburg.

“El espacio es usualmente considerado infinitamente divisible, es decir, si nos dan dos posiciones siempre habrá una forma de encontrar la mitad, un espacio en el medio. Sin embargo, cuando dividimos el espacio en locaciones discretas, como un tablero de ajedrez, podríamos explicar cómo el electrón adquiere su momento angular intrínseco, su espín”, explicaron.

http://newsroom.ucla.edu/portal/ucla/default.aspx

http://www.cnsi.ucla.edu/

Los resultados fueron publicados en el diario Physical Review Letters: http://prl.aps.org/

Por Glenys Álvarez

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