jueves, 7 de marzo de 2024

Función de onda y su ventaja para superar pozos de potencial

 



Mientras estudiaba los fenómenos de suma de frecuencias de la óptica no lineal se me ocurrió la absurda idea de pensar que lo que pasaba allí dentro del cristal no lineal era algo diferente al modelo semiclásico que explica que la suma de frecuencias se produce por la emisión de un fotón resultado de la relajación de la elongación de los electrones en la red cristalina como consecuencia de la absorción de dos fotones de frecuencia w a la vez.

La idea que me rondaba la cabeza era la especulación de que si lo que se encontraba el haz Láser de alta intensidad coherente dirigido hacia el cristal no lineal se asemejaba a una red de difracción dispuesta como dobles rendijas en una estructura periódica, el proceso que se producía para sumar la frecuencias era únicamente consecuencia de la interferencia del gran número de funciones de onda de los fotones que allí en esa estructura de doble rendija periódica coincidían. Todo esto estaba alimentado por la cantidad de nuevos conceptos que estaba asimilando en las diferentes asignaturas que cursaba en ese momento, Óptica no lineal, Física del estado sólido, atómica y nuclear. Me surgió la duda de si la función de onda no era simplemente un artefacto matemático que describía la probabilidad de encontrar una partícula en un lugar, sino que era una onda real que contenía toda la información de la partícula. Como consecuencia la pregunta que me surgió fue si era posible trabajar directamente con la información que contenía la función de onda sin tener que interaccionar electromagneticamente, en oposición a la explicación semiclásica del proceso suma de frecuencias en la que se requiere un proceso de interacción radiación materia de absorción de fotones y uno mecánico de elongación como si se tratara de un muelle.

Es una idea aparentemente absurda, porque no existen indicios en la naturaleza de que los fotones se fusionen. En aquellos años con una mente inquieta absorbiendo nuevos conceptos la pregunta era ¿por qué no se fusionan los fotones? La respuesta es que los fotones no son interaccionantes entre sí. Un ejemplo de esto es que cuándo se lanza un único fotón a una doble rendija la función de onda de este interfiere consigo misma mostrándose en la pantalla en posiciones tal como si se hubiera difractado, pero si lanzamos más de un fotón a la vez a la doble rendija las funciones de onda no se “mezclan” a nivel de energía, quiero decir, no se suman frecuencias, el resultado de la interferencia sólo afecta a nivel de amplitud (probabilidad de encontrar el fotón), mostrando máximos y mínimos. Digo que es aparentemente absurda porque el misterio está en la función de onda, no sólo en el tipo de partícula que esta representa. La función de onda de una partícula libre que se encuentra con un pozo de potencial depende únicamente de su energía para atravesar este potencial (tunelizar) y no quedar confinada, pero una partícula difractada cuya función de onda ha interferido consigo misma tiene más ventaja que una partícula libre para atravesar este mismo potencial y no quedar confinada. En este caso dependerá de la energía de la partícula y de la posición de los mínimos de interferencia con respecto al pozo de potencial. Esa ventaja ha sido estudiada desde hace años para aumentar la probabilidad de tunelización en la repulsión coulombiana de dos átomo de Deuteron y alcanzar la fusión nuclear. Está perspectiva de tomar ventaja de la interferencia de la función de onda ha sido estudiada en diferentes artículos, y se puede encontrar como “fusión a bajas energías” “fusión por interferencia cuántica”. Como concepto teórico funciona muy bien, pero en la practica la fusión a bajas energías no da resultados. Sin embargo esta ventaja de aprovechar la interferencia de la función de onda del Deuteron podría aplicarse a los fenómenos termonucleares de fusión como son los plasmas de fusión, pero no es sencillo al tratarse de fenómenos no lineales, caóticos de no equilibrio y el gran número de colisiones impiden aprovechar la ventaja de la interferencia de la función de onda de forma controlada.

La pregunta que me sigo realizando y que me fascinó hace años, es si es posible trabajar directamente sobre los argumentos de la exponencial de la función de onda, como por ejemplo la energía de la partícula. Razonando un poco, la respuesta es que la función de onda debe cumplir con la ecuación de Schrödinger, por lo que cada vez que resuelves la ecuación con una determinada configuración o potencial de interacción ya estás trabajando con la parte exponecial de la función de onda. Pero, ¿sería posible trabajar con la función de onda como se trabaja en óptica de Fourier? Es decir, si quiero proyectar una determinada imagen necesito “esta función” en el origen para que en el campo lejano se proyecte tal imagen.