El experimento de Young con partículas, átomos y moléculas.

El experimento de Young consiste en la formación de figuras de interferencia dejando pasar un haz de luz por dos orificios con una separación fija. Las bandas de interferencia que se forman son típicas de la teoría ondulatoria, pero al introducir la cuantificación de la energía radiante aparece una diferencia crucial entre la teoría ondulatoria y la interpretación corpuscular de lo ondulatorio: es posible utilizar una fuente tan débil que sea muy probable que en cada instante se encuentre un único fotón en el aparato. Si este se comportase como un corpúsculo, pasaría por uno u otro orificio y la imagen que obtendríamos en la placa fotográfica de los impactos de los fotones sería análoga a la que resulta si uno de los orificios se cierra de forma alternativa. Pero no es así, sino que se forma una figura de interferencia igual que en el caso de una fuente más intensa. Es inevitable concluir que el fotón se extiende como una onda, aun siendo indivisible, de modo que pasa simultáneamente por los dos orificios e interfiere consigo mismo. El fenómeno es análogo en todo al caso considerado en el experimento mental de Frisch, soló que allí hablamos de un sistema de detección como en el del experimento de MIchelson-Morley.

Ya habituados a considerar el fotón una cosa etérea, nos enteramos de que el experimento también funciona con electrones y otras partículas. La teoría de  De Broglie está así confirmada de forma experimental rotunda, desde poco después de su formulación. En un ciclo de conferencia pronunciado en 1964 Feynman propone el experimento de Young con electrones, en una exposición divulgativa de lo que es la mecánicacuántica, con un planteamiento análogo al de Frisch: La imagen de interferencia parece indicar que el electrón pasa simultáneamente por los dos orificios. Si usamos luz para detectar por qué orificio pasa “realmente”, la interacción fotón-electrón introduce indeterminación en la relación de fase y por eso no se produce la interferencia. Si el electrón es detectado se comporta como un corpúsculo, si no es detectado funciona como onda.

Pero no sólo partículas, cuantones, el material con el que trabaja habitualmente la Física cuántica. También sucede con átomos ligeros y moléculas. Y esto es más grave, porque parecía que el nivel de átomos-moléculas era en el que comenzaba a funcionar la descripción clásica de los acontecimientos, que los átomos y moléculas son la forma mínima de cuerpos, y que si bien su corteza es indeterminada y etérea (orbitales atómicos y moleculares), el centro de gravedad de un átomo, por ejemplo, es una magnitud de finida de forma precisa. Sin embargo, desde el principio, la fórmula de De Broglie fue aplicada a cualquier porción de materia, considerando además que hay una onda asociada a un cuerpo o conjunto de partículas independientemente de las ondas guía (u ondas piloto) de las partículas componentes. 

  

Se consigue así una figura de interferencia con átomos de H y He, con moléculas H2, y con átomos de Ne, lo que supone que la dispersión de la onda reflejada es mayor que el diámetro del átomo o molécula, el conjunto del cual procede de forma ondulatoria y no corpuscular. ¿Es compatible esto con la escisión entre lo cuántico y lo clásico, entre lo micro cósmico y lo macroscópico, presupuesta en la teoría cuántica?

No solo es compatible, sino que la confirma, manifestando al mismo tiempo una zona de transición: La reflexión de los átomos demuestra que se dispersan ondulatoriamente. Mas para que la dispersión funcione, suponemos que no sucede lo mismo con las masas que ocupan los vértices de la red cristalina, aunque estén formadas por átomos aún más ligeros que los reflejados. Los átomos que la forman no son independientes unos de otros como sí lo son los reflejados; este experimento demuestra que el efecto de la interferencia entre todas sus ondas-guía (la interacción que mantiene la estructura cristalina) es la absorción en una onda global de frecuencia muchísimo más alta: o sea que pasan a un comportamiento corpuscular clásico. No es necesario que la longitud de onda de la dispersión de las masas con las que interacciona la onda atómica sea tan baja como la que corresponde a la totalidad del cristal para que esas masas sean, para el átomo-onda reflejado, puntos cuasi-fijos regularmente distribuidos, como conviene a la formación de bandas de interferencia.

Cuando se dispara un átomo contra un cristal para estudiar su dispersión individual cuántica, es liberado de un recinto en el que estaba rodeado por otros átomos, y en interacción constante (sólido o líquido) o intermitente (gas) con ellos, lo cual limitaba la dispersión de su onda. Experimenta una expansión análoga a la de un gas, y por tanto se enfría. Su disminución de temperatura es un incremento de coherencia y orden, a expensas de la pérdida de ordenación que consistía en la división entre espacio lleno y espació vacío. Es en esa situación cuando el átomo, que imaginábamos aproximadamente sólido, y que se comportaba con tal dentro de agregados, adquiere la etereidad cuántica.

Fuente: Indeterminación cuántica e irreversibilidad cuántica. B. Lourenço Fondevila.