Electrones en la playa
Aristócrata de letras.
De Broglie desdibujó al electrón
en un sfumato cuántico.
Verano de 1923. El séptimo duque de Broglie llega a la playa de Dieppe. Hace un día magnífico y le apetece darse un refrescante baño. Clava la sombrilla y extiende su toalla cerca de un sendero de madera que alcanza hasta la orilla. Sobre el sendero, un balón playero espera a su dueño, uno de los pequeños que chapotean alegremente en el agua.
¡Quién lo iba a decir! Un licenciado en Historia destinado a la carrera diplomática, preocupado por el universo de lo minúsculo. No puede quitarse de la cabeza una idea que le ronda y decide hacer un experimento mental para aclarar sus pensamientos. El balón de playa que tiene a la vista le servirán a tal fin.
Según determinaba la mecánica cuántica, la nueva rama de la Física, si las olas llegaran a la orilla demasiado espaciadas, no serían capaces de desplazar el liviano balón por altas que fuesen. Sin embargo, saldría disparado si lo alcanzasen olas más pequeñas pero mucho más juntas, es decir, paquetes de ondas. Cambiar el mar por la luz y los balones por electrones fue lo que llevó a Albert Einstein a encontrar la explicación al enigmático fenómeno del efecto fotoeléctrico. Aunque la luz esté caracterizada por la longitud de onda, interactuaba con los electrones como si estuviese formada por paquetes discretos a modo de partículas que se denominaron fotones.
Cada metal requería el impacto de un fotón con una determinada longitud de onda para arrancar un electrón de sus entrañas. El color rojo presenta unas ondas demasiado separadas (longitud de onda larga) para ser capaz de arrancar electrones. La luz verde, con ondas más unidas, ya puede hacerlo de metales como el potasio, el sodio o el rubidio. El amarillo consigue arrebatar electrones del cesio, y solo el violeta puede robárselos al calcio. Otros metales, como el osmio o el platino, son mucho más obstinados pues requieren radiación ultravioleta (con longitud de onda corta), para que se desprendan de sus preciados electrones.
Entonces, si la luz puede tener este comportamiento dual, como onda y como partícula, ¿sucederá lo mismo con el electrón? ¿Será capaz este diminuto corpúsculo de mostrarse como onda?
Un actor corpuscular
interpreta un papel ondulatorio.
Escenario en blanco y negro.
Leonardo da Vinci lo había conseguido superponiendo finas capas de pintura para conferir contornos difusos, con los que lograr más profundidad y realismo. De Broglie estaba imaginando un sfumato para el electrón y así convertirlo en La Mona Lisa del mundo subatómico.
La intuición de Louis de Broglie dio en el clavo, y la siguiente pregunta fue casi inevitable. Si el electrón puede comportarse como onda, ¿podría domesticarse como hacen las lentes con la luz? En un plazo de solo 10 años desde la idea que surgió en una playa de Dieppe, el primer microscopio electrónico era una realidad. Un haz de electrones sustituye al haz luminoso, y las lentes magnéticas hacen el papel de las ópticas para obtener imágenes como la de una “playa micrométrica”. Con falso color añadido al blanco y negro original de la imagen, Leire Reguero, la autora de la fotografía, recrea un litoral dentro de una neurona de hipotálamo de ratón. Como ella misma describe,
“Podemos ver cómo llega a la orilla la marea nuclear (azul) y en la zona más profunda un coral nucleolar. Sobre la arena citoplasmática (amarilla) habitan los cangrejos multivesiculares (rosas), las alargadas algas endoplasmáticas lisas (verde oscuro) y multitud de palmeras mitocondriales (verde claro) encargadas de suministrar el oxígeno y energía necesaria para la supervivencia celular. Además, en la arena han quedado marcadas las huellas de un gigante golgiano (naranja), evidenciando su paso por este idílico paisaje neuronal.”
Referencia:
VIII Concurso de fotografía científica. Playa neuronal. Leire Reguero, Departamento de Neurociencias de la UPV/EHU.
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Esta entrada participa en el blog de narrativa científica Café Hypatia con el tema #PVLeonardo.
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