Un equipo de físicos de la Universidad Goethe de Frankfurt, en colaboración con el Instituto Max Planck de Física Nuclear, ha logrado un avance sin precedentes al visualizar directamente el movimiento cuántico de punto cero en una molécula compleja. Este estudio pionero, publicado en agosto de 2025, confirma que los átomos dentro de las moléculas exhiben vibraciones coordinadas y no aleatorias, incluso a la temperatura del cero absoluto, impulsadas por la energía de punto cero.
El grupo de investigación, liderado por el Profesor Till Jahnke, empleó pulsos de láser de rayos X ultracortos y de alta intensidad del European XFEL para inducir explosiones controladas en moléculas de iodopiridina. Mediante el análisis de los fragmentos moleculares resultantes con un microscopio de reacción COLTRIMS especialmente diseñado, los científicos pudieron reconstruir las estructuras moleculares originales. Este método les permitió capturar los sutiles movimientos correlacionados de los átomos, proporcionando la primera evidencia directa de la "danza eterna" de los átomos, un fenómeno que hasta ahora solo se infería teóricamente.
Este logro no solo valida aspectos fundamentales de la mecánica cuántica, sino que también abre nuevas vías para la investigación en reacciones fotoquímicas. La capacidad de observar directamente el movimiento de punto cero, que es la vibración mínima que las partículas conservan incluso en el cero absoluto debido al principio de incertidumbre de Heisenberg, representa un salto cualitativo en nuestra comprensión de la materia a nivel atómico.
La técnica de imagen de explosión de Coulomb, utilizada en este estudio, permite reconstruir la forma y el movimiento de la molécula justo antes de su desintegración, ofreciendo una visión detallada de la dinámica cuántica. El uso del European XFEL, una instalación de vanguardia que genera pulsos de rayos X con duraciones de apenas femtosegundos (la milbillonésima parte de un segundo), fue crucial para este experimento. La alta intensidad y la coherencia de estos pulsos permitieron la violenta eyección de electrones, llevando a la molécula a una explosión controlada.
El análisis posterior de los fragmentos con el microscopio de reacción COLTRIMS, una herramienta desarrollada en Frankfurt, permitió la reconstrucción detallada de la dinámica atómica. Este tipo de microscopios de reacción son esenciales para visualizar la dinámica de las reacciones cuánticas y la intrincada danza de los electrones dentro de los átomos y las moléculas. Las implicaciones de este descubrimiento son amplias. La visualización directa del movimiento de punto cero podría avanzar significativamente el estudio de las reacciones fotoquímicas, procesos fundamentales en campos como la catálisis y la biología. Además, esta técnica podría ser aplicada al estudio de moléculas más complejas, abriendo puertas a una comprensión más profunda de fenómenos a escala cuántica en diversas disciplinas científicas y tecnológicas, incluyendo la ciencia de materiales y la computación cuántica.