Cantado a las líneas del monasterio enMaria» de sonido de la musica:

«¿Cómo atrapas una ola como María? ¿Cómo sostienes una nube y la mantienes en su lugar? Oh, ¿cómo resuelves una partícula como María? ¿Cómo sostienes el rayo de luna en tu mano?»

En nuestros viajes exploratorios hacia el desierto cuántico hasta ahora, hemos visto tanto tierra como partículas libres. Pero la mayoría de las partículas pasan su vida en condiciones más restringidas: electrones atrapados en los brazos de los núcleos, átomos unidos en moléculas o líneas ordenadas de cristales. El confinamiento no es necesariamente malo, solo las cuerdas atadas firmemente a un instrumento musical pueden hacer música.

En nuestra caminata de hoy por los bosques de la mecánica cuántica, llevaremos algunas trampas para que podamos ver cómo se comportan las partículas cuando quedan atrapadas. (Dado que las especies son delicadas, las trataremos con amabilidad y las despediremos cuando terminemos). En este proceso, exploraremos el origen de los espectros de emisión de las estrellas y encontraremos átomos artificiales y puntos cuánticos, que desempeñan un papel pionero en todo, desde la computación cuántica hasta la televisión de consumo.

¿Por qué canta el pájaro en una jaula?

Como hemos visto muchas veces, todas las partículas se mueven como ondas. Pero, ¿qué pasa cuando atrapamos una ola? ¿Cómo cambia el comportamiento de una partícula cuando la bloqueamos?

Un gran ejemplo cotidiano de una onda atrapada es el acorde de guitarra. Antes de que se adhiera a la guitarra, la cuerda puede vibrar de cualquier forma. Ondas rápidas, ondas lentas: todo tipo de onda es posible. Pero cuando enganchamos y tocamos la cuerda de una guitarra, la onda resultante queda atrapada por los extremos de conexión de la guitarra. La ola puede rebotar entre los extremos, pero no puede escapar.

Como se muestra en el gráfico anterior, se permiten algunas combinaciones de ondas (armónicos), pero solo son posibles ondas de la longitud correcta. Cuando la onda nos rodeó, pasamos de cualquier observación posible a un estado en el que solo podían existir aquellas ondas que encajaban en la trampa, y las observaciones que le correspondían. En otras palabras, los tonos de acordes de guitarra son causa Trampa. Y cuando ponemos un dedo en los trastes para cambiar el tamaño de la trampa, el tamaño de las ondas que se ajustan a él cambia y las notas que escuchamos cambian.

Podemos ver que sucede lo mismo con los electrones. En 1993, Don Eagler y sus colegas crearon una trampa electrónica colocando 48 átomos de hierro en un anillo sobre una placa de cobre. El anillo hecho de átomos de hierro crea un refugio cuántico, una trampa electrónica circular. Cuando se toman imágenes con un microscopio de efecto túnel, la onda de electrones atrapados se puede ver claramente dentro del anillo de átomos de hierro.

Debido a que las partículas se mueven como ondas, responden como cualquier otro tipo de onda cuando se detectan: cantan una nota musical específica. El electrón en la cámara cuántica es similar a las vibraciones del parche del tambor. Esto no es un accidente: el cilindro también crea una trampa circular para ondas similar a la cámara cuántica. La observación de que las partículas cuánticas capturan ciertas observaciones cuando quedan atrapadas es el resultado de moverse como ondas. Entonces, al capturar ondas de partículas, podemos hacer música.