En los laboratorios, la luz se comporta a veces como si tuviera masa, se encierra entre espejos, y se convierte en una especie de reloj cuántico. No, no es una escena de ciencia ficción, sino una descripción bastante precisa del experimento que logró lo que muchos pensaban inalcanzable: medir cuánto tiempo pasa una partícula dentro de una barrera cuántica. Y no cualquier barrera, sino una tan extensa que, desde el punto de vista del fotón, parece infinita.
Este hallazgo, publicado en Nature por el equipo de Veronika Sharoglazova y colaboradores, pone en entredicho una predicción importante de la mecánica de Bohm, una interpretación alternativa a la visión estándar de la física cuántica. Según esta teoría, una partícula que entra en una barrera infinita debe quedarse allí quieta para siempre. Pero los resultados del experimento dicen otra cosa: los fotones se siguen moviendo, y lo hacen a una velocidad medible. Para la física cuántica, este no es un dato más, sino una pieza rara en un rompecabezas que lleva cien años sin completarse.
El misterio del túnel cuántico
El llamado “túnel cuántico” es uno de los fenómenos más desconcertantes y, a la vez, fundamentales de la mecánica cuántica. En pocas palabras, ocurre cuando una partícula atraviesa una barrera que, según las leyes clásicas, no debería poder cruzar. Es como si una pelota rebotara en una pared, pero de pronto apareciera al otro lado, sin romperla ni rodearla.
Este fenómeno no es un capricho teórico: explica procesos reales como la desintegración radiactiva o ciertas reacciones químicas enzimáticas. También es la base de tecnologías como el microscopio de efecto túnel, que permite observar superficies con resolución atómica. Sin embargo, nadie sabía realmente cuánto tiempo tarda una partícula en atravesar esa barrera. Y eso no es solo una curiosidad: es una pregunta sin una respuesta clara en el marco de la teoría cuántica estándar.
Aquí es donde entra la mecánica de Bohm, una interpretación que sí asigna trayectorias definidas a las partículas. En esta visión, una partícula puede estar guiada por una “onda piloto” y tener una posición y velocidad concretas en todo momento. Bajo este modelo, si una partícula entra en una barrera infinita, su velocidad dentro de ella debe ser cero, por lo que el tiempo que permanece allí —el “dwell time”— sería infinito. Una predicción muy clara... y ahora, probablemente, incorrecta.
Un reloj hecho de luz
El experimento de Sharoglazova y su equipo fue elegante y preciso. Usaron fotones —partículas de luz— confinados entre dos espejos, con un líquido fluorescente en el medio. Ese entorno forzaba a los fotones a comportarse como si tuvieran masa, algo necesario para imitar el comportamiento de partículas materiales reales.
A partir de ahí, diseñaron una estructura con dos canales paralelos —llamados guías de onda— y una especie de “rampa” para generar los fotones con distintas energías. La clave estaba en una barrera larga, tan larga que, para los fotones, parecía infinita. Los fotones avanzaban por la guía principal, llegaban a la barrera y, al atravesarla, también se desplazaban lateralmente hacia la segunda guía. Este movimiento lateral era cuantificable y periódico, y permitió medir cuánto tiempo pasaban dentro de la barrera.
“El ritmo al que los fotones saltan entre las guías se usó para medir la velocidad de las partículas en la barrera”. Así, cada oscilación funcionaba como una especie de tic-tac cuántico. Y con esa información, el equipo pudo calcular la velocidad de los fotones y su tiempo de permanencia.
¿Qué es la mecánica de Bohm?
La mecánica de Bohm es una forma alternativa de entender el comportamiento de las partículas cuánticas, desarrollada por el físico David Bohm en 1952. A diferencia del enfoque tradicional, que acepta la incertidumbre como parte esencial del mundo cuántico, esta interpretación propone que las partículas sí tienen trayectorias definidas, aunque nosotros no podamos observarlas directamente. Lo que guía estas trayectorias es algo llamado “onda piloto”, una especie de influencia invisible que les marca el camino. Para Bohm, el azar en los experimentos cuánticos no es algo fundamental, sino una consecuencia de variables ocultas que aún no conocemos.
Uno de los puntos clave de esta visión es que, si supiéramos todas esas variables ocultas, podríamos predecir el comportamiento exacto de cada partícula, como se hace en la física clásica. Esto la hace atractiva para quienes buscan una visión más intuitiva del mundo cuántico. Sin embargo, la mecánica de Bohm también implica aceptar que hay influencias instantáneas a distancia, lo que desafía nuestra noción de causalidad. Aunque no es la interpretación dominante, ha sido tomada en serio por muchos físicos porque ofrece una manera coherente —aunque compleja— de explicar los mismos fenómenos que la mecánica cuántica estándar.
Resultados que rompen esquemas
El hallazgo fue claro: el tiempo de permanencia era finito. O como señala literalmente el artículo, “los tiempos de permanencia obtenidos por Sharoglazova y colegas fueron finitos, desafiando la predicción de Bohm según la cual las partículas dentro de una barrera infinita tendrían tiempos de permanencia infinitos”.
Esto no solo contradice la mecánica de Bohm, sino que también muestra que es posible medir aspectos del túnel cuántico que hasta ahora parecían elusivos. A partir de la velocidad observada y la forma en que la población de fotones disminuía con la distancia dentro de la barrera, se estimó cuánto tardarían en cruzar una barrera de longitud finita. Los resultados coincidieron con otras predicciones teóricas y datos experimentales previos, lo que valida el método empleado.
Además, se observó que cuanto más negativa era la energía cinética de los fotones en la barrera, más rápido se movían. Esto puede parecer contradictorio, pero tiene sentido en términos cuánticos: una energía cinética negativa indica que la partícula está en una región prohibida por la física clásica, pero su velocidad efectiva, medida a través de la frecuencia de oscilación, puede seguir aumentando.
¿Y ahora qué hacemos con Bohm?
Aunque estos resultados son contundentes, no significan necesariamente el fin de la mecánica de Bohm. El propio artículo reconoce que la interpretación podría ajustarse para adaptarse a los nuevos datos. Además, el experimento tiene sus limitaciones: no usaron partículas con masa real, sino fotones que se comportaban como tales. Como señalan los autores, “la ecuación que determina la evolución temporal de la función de onda se aplica a partículas con masa, pero el experimento utilizó fotones sin masa que actuaban como si la tuvieran”.
Esto abre la puerta a futuras investigaciones que puedan repetir el experimento con electrones u otras partículas. También deja claro que la física cuántica aún tiene muchos rincones oscuros, donde los experimentos empujan los límites de lo que es posible medir.
Aun así, este estudio marca un hito. Porque por primera vez se ha logrado medir con precisión cuánto tiempo pasa una partícula cuántica dentro de una barrera, algo que parecía fuera del alcance de la ciencia experimental. Y lo han hecho usando luz como cronómetro, en un diseño que mezcla óptica avanzada, mecánica cuántica y mucha creatividad.
Un paso más hacia una cuántica medible
Desde hace un siglo, la mecánica cuántica ha sido extraordinariamente eficaz para predecir fenómenos en el mundo subatómico. Pero su interpretación sigue siendo un campo lleno de debates filosóficos, hipótesis rivales y paradojas irresueltas. El trabajo de Sharoglazova y su equipo no resuelve todos esos dilemas, pero aporta un dato empírico donde antes solo había conjeturas.
No es poco. En un terreno donde muchas veces las teorías se mueven más rápido que los datos, contar con una medición fiable es un avance crucial. La posibilidad de observar directamente fenómenos que hasta ahora parecían abstractos le da a la física cuántica una dimensión más tangible, más controlable y, sobre todo, más verificable.
Como resumen el propio artículo: “el experimento de Sharoglazova y colegas aporta un dato empírico poco común a un debate que, hasta ahora, se había mantenido casi exclusivamente en el terreno teórico”. En otras palabras: una rareza valiosa que ayuda a conectar las ideas con las mediciones, y que abre la puerta a una nueva etapa en la exploración del túnel cuántico.
Referencias
- Sharoglazova, V., Puplauskis, M., Mattschas, C., Toebes, C. & Klaers, J. Nature 643, 67–72 (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-01765-x.
