¡Asombroso! La primera fotografía del interior de un átomo de hidrógeno

La primera observación directa de la estructura orbital de un átomo de hidrógeno excitado, realizada con un "microscopio cuántico" de nuevo desarrollo. (Stodolna et al. / Physical Review Letters)

Un microscopio de fotoionización permite observar directamente el orbital electrónico de un átomo de hidrógeno. El átomo se coloca en un campo eléctrico E y se excita mediante impulsos láser (en azul). El electrón ionizado puede escapar del átomo siguiendo trayectorias directas e indirectas con respecto al detector (mostradas en el extremo derecho). La diferencia de fase entre estas trayectorias da lugar a un patrón de interferencia, que se amplía mediante una lente electrostática. (APS/Alan Stonebraker)

Los científicos han captado la primera foto de la órbita zumbante de un electrón dentro de un átomo de hidrógeno, gracias a una nueva técnica única de microscopía.

Ver el interior de los trozos más diminutos de materia es un reto, no sólo por la escala atómica infinitesimal: Las cosas extremadamente pequeñas funcionan de formas extremadamente extrañas, una rama de la ciencia llamada física cuántica. Y el acto básico de observar cosas tan diminutas puede afectar a su propia existencia, un concepto conocido como principio de incertidumbre.

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Para eludir este concepto tan alucinante, los científicos se han basado en la teoría cuántica para definir el comportamiento de las partículas en el tiempo y el espacio, elaborando complejas ecuaciones que predicen dónde y cuándo se encuentran los electrones en su órbita zumbante alrededor del núcleo atómico repleto de protones.

La ecuación de Schrödinger rige la estructura atómica, describiendo una función de onda. Pero observar realmente esa estructura la destruiría inevitablemente.

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Eso cambia gracias a un "microscopio cuántico" de nuevo desarrollo, inventado por Aneta Stodolna, del Instituto FOM de Física Atómica y Molecular (AMOLF) de Holanda y sus colegas, y descrito en la revista Physical Review Letters.

El experimento de Stodolna fotografió la función de onda de un átomo de hidrógeno. El hidrógeno es especialmente adecuado para la nueva técnica fotográfica porque el primer elemento de la tabla periódica contiene un solo electrón.

"Este experimento -propuesto inicialmente hace más de 30 años- proporciona una mirada única a uno de los pocos sistemas atómicos que tiene una solución analítica a la ecuación de Schrödinger", escribió Christopher T. L. Smeenk, del Laboratorio Conjunto de Ciencias de Attosegundos de la Universidad de Ottawa, en un ensayo que acompañaba al experimento.

Stodolna electrocutó el átomo con impulsos láser, lo que obligó al electrón ionizado a escapar del átomo de hidrógeno siguiendo trayectorias directas e indirectas. La diferencia de fase entre estas trayectorias da lugar a un patrón de interferencia, que Stodolna amplió con una lente electrostática y capturó: la primera foto de este tipo.