La doble rendija

¡Hola hola! Después de casi 2 meses, traemos otro artículo de cuántica a Electrones Excitados. Hoy vamos a hablar del experimento más famoso de la historia de la cuántica (¡qué exagerado soy!), y uno de mis preferidos. Junto al artículo sobre el efecto fotoeléctrico, el tema de hoy es el que más nos ayudará desarrollar un concepto intuitivo sobre la física cuántica y sus locuras. Se trata del experimento de la doble rendija. Hoy aún pierdo noches de sueño pensando en él, y no soy el único…

Vamos allá. Espero recordéis artículos anteriores en los que hablábamos de la famosa dualidad onda-corpúsculo: las ondas se comportan como cuerpos, y los cuerpos como ondas. Sí bueno, diréis, pero ¿eso de dónde sale? Pues de fenómenos como el de éste experimento. En 1801, Thomas Young hizo lo siguiente. Colocó una fuente de luz, y al lado una lámina opaca (S1) con una rendija muy delgada (a), que al ser atravesada por la luz, actuaba como foco de ondas. Esas ondas se propagaban hasta un segundo panel (S2), en el que Young había puesto dos rendijas juntas (b y c), por lo que la cuestión quedaba así:

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Eso hacía que, mediante una propiedad de la superposición de las ondas, al proyectarse al mismo tiempo las ondas que venían por b ya las que venían por c en el panel F, debiera resultar lo que se llama un patrón de interferencia. Consiste en unas bandas de intensidad que tienen ésta forma:

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Ese patrón, de proyectarse en la pared, demostraría que efectivamente, la luz es una onda o bien, lo que es casi lo mismo, hace la clase de cosas que hacen las ondas. Y efectivamente así era. Muchos científicos entonces pensaron que lo que pasaba era que en realidad, la luz estaba compuesta por partículas, por fotones, como decía Einstein y que todos juntos en tropel se comportaban como onda, igual que las moléculas de agua hacen ondas, así que el experimento no tenía por qué demostrar nada más allá de que la luz se comportaba como una onda.

En 1961 el experimento volvió a realizarse. Ésta vez la tecnología permitía disparar chorros de electrones, es decir partículas. Como eso ya no eran ondas, lo que se esperaba es que al pasar el chorro de electrones por la doble rendija, unos pasaran por una y otros por otra, de tal forma que se dibujarían dos bandas en la pared, una por cada rendija. Lógico.

Pues no. Lo que se proyectó fue… un patrón de interferencia. “No es tan raro”  -se dijeron- “como habíamos predicho, las partículas todas juntas se comportan como onda, interfiriendo unos con otros, y formando un  patrón de interferencia, eso lo explica todo.”

En efecto, queridos lectores, eso lo explicaba todo. Sólo que no era lo que pasaba. Lo descubrieron cuando repitieron el experimento, pero ésta vez, lanzando electrones uno a uno en vez de lanzarlos a lo loco. Así suponían que cada electrón escogería pasar por la rendija b o la rendija c, no habría electrones con los que chocar, y se dibujaría, por fin, las dos bandas esperadas en el experimento anterior. Pusieron la máquina en marcha que lanzó un electrón, y se proyectó en la pared. Lanzó luego otro, más tarde otro, y otro, y otro… se fueron a tomar café, y lo dejaron lanzando electrones, como si fuera una máquina de lanzar pelotas de tenis. Cuando volvieron se habían proyectado unos cuantos cientos de miles… y habían dibujado… ¡un patrón de interferencia! No tiene sentido, si lo pensáis. Para que se dibuje el patrón, es necesario que las partículas choquen unas con otras… pero ¿cómo era posible que los electrones uno a uno dibujaran un patrón? Nuestros científicos estaban al borde del colapso.

Os emplazo la próxima entrega de cuántica en Electrones Excitados. Estad preparados, porque os voy a contar como repitieron el experimento, pero para saber bien qué había ocurrido, nuestros científicos se trajeron el café hecho al laboratorio, para no perder de vista los electrones cuando pasaban por la rendija. Lo que vieron entonces… lo sabréis en la próxima entrega.

Editamos para añadir las imágenes, que no se mostraban correctamente. Mil disculpas.

Ha elegido usted gasolina sin plomo

Hace unos años escuchar esta frase en las gasolineras empezó a ser algo normal. Pero, ¿es que antes las gasolinas llevaban plomo? ¿Por qué siguen funcionando sin él? Hoy, en Electrones, respondemos a estas preguntas y te contamos una historia sobre Química, Ecología, Economía y un poquito de controversia, todo en uno. Pero vayamos por partes.

Las gasolinas sí llevaban plomo, ¿para qué?

No llevaban, exactamente, plomo metálico. Contenían un derivado orgánico llamado tetraetilplomo, descubierto en 1854 y olvidado hasta el auge de la industria automovilística. Éste servía de antidetonante, permitiendo una mejor combustión de la gasolina en el motor. Para los que sepáis de motores, el tetraetilplomo aumentaba el octanaje de la gasolina.

¿Por qué dejaron de llevarlo?

Versión oficial, ecológica y verde: el plomo es un metal pesado venenoso. Y esto es verdad. El tetraetilplomo es un compuesto relativamente volátil que podemos acabar respirando, sobre todo cuando los coches no dejaban de escupirlo por los tubos de escape. El plomo, si entra en nuestro cuerpo es muy dañino. Nuestras células y nuestras enzimas lo confunden con el calcio, lo cual es un desastre. Puede acumularse en los huesos y dañar el sistema nervioso causando irritabilidad, dolores de cabeza, coma y la muerte. Se sospecha que Caravaggio murió envenenado por el plomo de sus pinturas y que la mala leche de Beethoven se debía a un edulcorante a base de plomo que se añadía al vino en el siglo XVIII.

Versión oficiosa y controvertida: las gasolinas simplemente dejaron de llevar plomo porque dicho metal envenena los catalizadores de los coches (de los que os hablamos hace unos meses en Electrones) estropeándolos sin remedio. Los catalizadores están hechos de metales muy caros y sería una tontería que la propia gasolina del coche acabara destrozándolos.

¿Cómo funcionan ahora las gasolinas?

Si no llevan plomo, ¿qué llevan de antidetonante? Una molécula orgánica mucho más sencilla y conocida muchísimo antes de 1854: el etanol. El alcohol que os ponéis en las heridas o que nos tomamos cuando salimos de fiesta. Estudios de 1918 probaban que era mucho mejor antidetonante que el tetraetilplomo. Un momento, si era mejor, ¿por qué no se usó desde el principio?

Versión oficial: es mucho más barato producir el tetraetilplomo. Ciertamente, es más complicado producir etanol. A partir del petróleo el método es caro y, si queremos obtenerlo por fermentación y destilación (como suele hacerse para las bebidas) necesitamos grandes cantidades de fuentes de glucosa (patatas, caña de azúcar, cereales…).

Versión oficiosa y controvertida, una vez más: el proceso industrial para fabricar tetraetilplomo estaba patentado. General Motors y EXXON tenían un acuerdo en exclusiva con los laboratorios DuPont, dueños de la patente. Por lo tanto, si el tetraetilplomo se vendía como un antidetonante mejor y más barato, monopolio seguro. Misteriosamente, pasó todos los controles de los institutos de salud americanos a pesar de ser, como hemos dicho, un compuesto altamente tóxico. Pierre du Pont, de hecho, lo había caracterizado como «un líquido incoloro de olor dulzón que se absorbe por la piel y causa, casi inmediatamente, envenenamiento por plomo«. Pero el gobierno no vio nada de malo en él. ¡Qué cosas!

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Nota: el artículo lo he escrito plasmando muchas ideas sobre el tetraetilplomo que he aprendido en distintas asignaturas durante la carrera. Las versiones oficiosas pueden ser pura especulación. Pero, buscando información para completar este artículo me he topado con este otro de The Nation, The Secret History of Lead, que recoge también mucha información y muy detallada sobre el tema de las patentes y de la reciente prohibición. En cuanto a los envenenamientos por plomo de Caravaggio y Beethoven podéis encontrar los links en el texto a los artículos en los que hablan de cómo análisis de los huesos del pintor y del pelo del compositor han demostrado que la cantidad de plomo en su organismo era mucho más grande de la habitual. Determinar si murieron o no por eso quizás sea más complicado.