Los científicos acaban de visualizar la forma cuántica oculta de una molécula
Un nuevo avance en la obtención de imágenes podría permitir a los científicos observar cómo cambia la función de onda cuántica de una molécula en 3D en escalas de tiempo de femtosegundos
Ilustración de cómo los investigadores utilizaron espectroscopia de fotoelectrones de última generación (izquierda) con una fuente de luz de rayos X blandos de laboratorio que proporciona pulsos de luz ultracortos, combinada con potentes algoritmos matemáticos, para obtener imágenes de la función de onda de los orbitales electrónicos (derecha). Crédito: Lukas Kroll
Sciencedaily.com
Universidad de Gotinga, 24 de agosto de 2026
Resumen: Investigadores han encontrado una manera de crear una imagen 3D completa de la función de onda de una molécula, una de las características más fundamentales y a la vez más difíciles de captar de la mecánica cuántica. Combinando mediciones avanzadas de fotoelectrones con algoritmos de nuevo diseño, el equipo de la Universidad de Göttingen reconstruyó el orbital molecular de una molécula orgánica de tamaño nanométrico con un detalle extraordinario, incluso resolviendo características más pequeñas que la distancia entre sus átomos de carbono.
HISTORIA COMPLETA
La mecánica cuántica lleva mucho tiempo desafiando la idea convencional de que un objeto debe ocupar un lugar preciso en un momento dado. En cambio, las partículas fundamentales, como los electrones, se describen mediante una "función de onda", una representación matemática que los investigadores pueden utilizar para calcular las probabilidades de propiedades como la posición y el momento.
Dentro de las moléculas, las funciones de onda electrónicas se conocen como "orbitales moleculares". Estos orbitales contienen información valiosa sobre el comportamiento de una molécula y su interacción con el entorno, incluyendo cómo absorbe la luz y cómo se desarrollan las reacciones químicas. Por lo tanto, obtener una imagen tridimensional completa de una función de onda proporcionaría a los científicos una visión profunda del comportamiento molecular, pero generar dicha imagen ha resultado extremadamente difícil.
Un equipo interdisciplinario de la Universidad de Göttingen ha logrado obtener imágenes de la función de onda tridimensional de una molécula orgánica de tan solo nanómetros. Los investigadores consiguieron este resultado combinando espectroscopia de fotoelectrones avanzada con sofisticados algoritmos matemáticos. Sus hallazgos se publicaron en Nature Communications .
Reconstrucción de una función de onda cuántica esquiva
"La función de onda es una magnitud fundamental en la mecánica cuántica, pero no se puede observar ni medir directamente", explica el profesor Stefan Mathias de la Universidad de Göttingen.
Dado que la función de onda en sí misma no se puede medir directamente, los investigadores utilizaron una técnica indirecta llamada espectroscopia de fotoelectrones. Este método mide el momento de los electrones emitidos por la molécula, lo que permite a los científicos acceder a la mitad de la función de onda sin alterar físicamente su estado.
Posteriormente, se utilizaron algoritmos informáticos avanzados para reconstruir la mitad que faltaba. Esto permitió al equipo obtener una imagen del orbital molecular completo y distinguir características incluso más pequeñas que la distancia que separa los átomos de carbono dentro de la molécula.
Hasta ahora, extender este enfoque a tres dimensiones requería mediciones prolongadas en importantes centros de investigación de sincrotrón. Este requisito dificultaba el uso generalizado de la técnica y constituía un obstáculo especialmente importante para los esfuerzos por obtener imágenes de funciones de onda "dinámicas" en forma de vídeos tridimensionales a escala atómica.
Hacia películas 3D ultrarrápidas de moléculas
El Dr. Matthijs Jansen, de la Universidad de Gotinga y colíder del estudio, destaca la originalidad del enfoque del equipo: «Introducimos dos nuevos conceptos de gran impacto. En primer lugar, al rediseñar el algoritmo informático desde cero, ahora se pueden obtener imágenes 3D fiables con muchos menos datos experimentales. En segundo lugar, el experimento se basa en una potente fuente de luz de rayos X blandos de laboratorio que proporciona pulsos de luz ultracortos. Es la combinación de estas dos técnicas lo que produce este extraordinario resultado».
El algoritmo rediseñado reduce drásticamente la cantidad de datos experimentales necesarios para generar imágenes tridimensionales fiables. Al mismo tiempo, los investigadores pueden realizar las mediciones utilizando una potente fuente de rayos X blandos en el laboratorio que produce pulsos de luz extremadamente cortos. En conjunto, estos avances podrían hacer que la obtención de imágenes tridimensionales de la función de onda sea mucho más práctica.
La Dra. Wiebke Bennecke, primera autora del estudio, añade: «Esta técnica podría hacer realidad la videografía estroboscópica, permitiéndonos observar no solo la forma de las funciones de onda, sino también cómo cambia con una resolución ultrarrápida, incluso de femtosegundos o una cuatrillonésima de segundo. Esto significará que podremos comprender cómo una molécula se adapta a cambios ópticos, electrónicos o químicos y encontrar nuevas formas de controlar estas interacciones a nivel de unos pocos átomos».
Si la técnica se puede extender de esta manera, los investigadores podrían ir más allá de las imágenes estáticas y observar la evolución de las funciones de onda moleculares a lo largo del tiempo. Estas observaciones podrían revelar cómo responden las moléculas a la luz, los efectos electrónicos y los cambios químicos en escalas de tiempo de femtosegundos, lo que potencialmente brindaría a los científicos nuevas formas de comprender y controlar las interacciones que involucran solo unos pocos átomos.
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Fuente de la noticia:
Materiales proporcionados por la Universidad de Göttingen . Nota: El contenido puede ser editado para ajustarse al estilo y la extensión.
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Referencia de la revista:
Wiebke Bennecke, Thi Lan Dinh, Jan Philipp Bange, David Schmitt, Marco Merboldt, Lennart Weinhagen, Bent van Wingerden, Fabio Frassetto, Luca Poletto, Marcel Reutzel, Daniel Steil, D. Russell Luke, Stefan Mathias, GS Matthijs Jansen. "Tomografía orbital de fotoemisión tridimensional de mesa con una fuente de luz ultravioleta extrema de femtosegundo" . Comunicaciones de la naturaleza , 2026; 17 (1) DOI: 10.1038/s41467-026-74308-1
Universidad de Göttingen. «Científicos acaban de obtener una imagen de la forma cuántica oculta de una molécula». ScienceDaily. ScienceDaily, 24 de agosto de 2026. < www.sciencedaily.com/releases/2026/08/260822015213.htm > .
