Un experimento pionero revela que los electrones interactúan activamente dentro de barreras cuánticas, transformando nuestra comprensión del efecto túnel y sus aplicaciones tecnológicas.
En un descubrimiento que redefine uno de los pilares de la física moderna, un equipo internacional de científicos ha logrado observar por primera vez el comportamiento de un electrón dentro de una barrera cuántica durante un proceso conocido como efecto túnel. Y el hallazgo ha sido tan sorprendente como revelador: los electrones no solo atraviesan estas barreras, sino que colisionan dentro de ellas.
El estudio, publicado en Physical Review Letters y liderado por investigadores del Instituto Max Planck de Física Nuclear y POSTECH (Corea del Sur), ha arrojado luz sobre un fenómeno que hasta ahora solo existía en modelos teóricos. El equipo utilizó láseres ultracortos e intensos sobre átomos de xenón para inducir el efecto túnel y, mediante técnicas de imagen avanzadas, pudieron seguir el movimiento del electrón con precisión sin precedentes.
Lo que observaron desafía las bases de la física cuántica tradicional: dentro del túnel, los electrones no se comportan como simples pasajeros. Antes de salir disparados al otro lado, rebotan contra el núcleo del átomo, en una dinámica ahora conocida como “recólisión dentro de la barrera” (under-the-barrier recollision, UBR). Este tipo de interacción interna jamás había sido observado, ni siquiera se consideraba plausible a nivel experimental.
Más allá del túnel: una nueva anatomía del electrón
El efecto túnel, esencial para tecnologías como los microchips, la fusión nuclear o la microscopia electrónica, ocurre cuando una partícula atraviesa una barrera de energía que debería ser infranqueable según la física clásica. Hasta ahora, sabíamos cómo un electrón entraba y salía del túnel, pero lo que sucedía dentro seguía siendo un misterio. Este experimento rompe con esa opacidad.
Gracias a la recólisión, los electrones ganan energía extra dentro del túnel, permitiéndoles alcanzar estados excitados más fácilmente. Esto ha reforzado un fenómeno conocido como resonancia de Freeman, en el cual los electrones absorben energía adicional y son ionizados con mayor intensidad.
Según el artículo, los efectos de esta dinámica no pueden explicarse mediante los modelos tradicionales de transición multiphotónica. “Este modelo revela un nuevo tipo de interacción con características únicas que podrían dominar frente a otros procesos conocidos, especialmente bajo campos intensos”, explican los autores.
Implicaciones para la ciencia y la tecnología
El hallazgo no es solo una curiosidad académica: tiene profundas implicaciones prácticas. Comprender lo que sucede dentro del túnel cuántico abre nuevas posibilidades para el desarrollo de láseres ultrarrápidos, ordenadores cuánticos más estables y técnicas de espectroscopía de precisión. También podría revolucionar la forma en que entendemos procesos químicos a nivel atómico o la dinámica de materiales en condiciones extremas.
Además, los investigadores no descartan que esta dinámica también pueda producirse en sistemas más complejos como moléculas grandes, sólidos o incluso escenarios relativistas, donde las energías alcanzan niveles extremos.
Un punto de inflexión en la física cuántica
Este estudio marca un antes y un después en la forma en que entendemos el mundo subatómico. Durante décadas, el interior del túnel cuántico fue considerado un espacio inaccesible, un “agujero negro” en la física. Hoy, gracias a esta investigación, ese espacio ha sido iluminado.
“La capacidad de observar y controlar lo que ocurre dentro del túnel cambia las reglas del juego”, resume el equipo de investigadores. Ver por primera vez lo que ocurre en este espacio invisible no es solo un logro técnico: es un giro conceptual que nos obliga a repensar lo que sabíamos —y lo que aún ignoramos— sobre la naturaleza de la materia.
Referencias
- Khurelbaatar, T., Klaiber, M., Sukiasyan, S., Hatsagortsyan, K. Z., Keitel, C. H., & Kim, D. E. (2025). Unveiling Under-the-Barrier Electron Dynamics in Strong Field Tunneling. Physical Review Letters, 134(21), 213201. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.213201.
