El "santo grial" del átomo: así tomamos su primera radiografía

La humanidad es capaz de muchas cosas: producir energía nuclear, crear vacunas en tiempo récord o construir telescopios que ven hacia el espacio profundo, pero nunca habíamos sido capaces de tomar una "radiografía" de un solo átomo... hasta ahora. Aunque suene a algo de ciencia ficción, un grupo de investigadores ha logrado este increíble avance utilizando tecnología de rayos X.

Lo más interesante de ello es que este proceso tiene el potencial de revolucionar nuestra comprensión del mundo tanto en el ámbito microscópico como en el macroscópico. Así es como logramos analizar un átomo de manera individual.

Desde que Wilhelm Roentgen descubrió los rayos X en 1895, esta banda del espectro electromagnético ha sido una herramienta increíblemente útil para la medicina, ciencia e ingeniería en general. Sin embargo, los métodos tradicionales de barrido requieren de muchos átomos para obtener información adecuada para procesar.

La búsqueda por lograr una lectura en rayos X de un átomo por separado era una empresa tan improbable como complicada, metafóricamente similar a la que el Rey Arturo y sus caballeros emprendieron por la búsqueda del Santo Grial. Sin embargo, tal como Arturo tenía a la espada Excalibur de su lado, los científicos del Advanced Photon Source en Estados Unidos contaban con el STM.

Pero, ¿qué es el STM? Por sus siglas en inglés, se trata de una técnica moderna de microscopía de túnel de barrido, utilizando rayos X. Es un sistema físico tan avanzado que necesita conocimientos de física cuántica para comprender en su totalidad el proceso. A través del STM, presentado en un artículo publicado en Nature, este grupo de científicos logró medir las "corrientes excitadas por rayos X generadas por átomos individuales de hierro y terbio".

Además, apoyándose en la "huella digital" que proveen los espectros de absorción de los materiales, pudieron confirmar que lo que estaban viendo era el patrón característico que tendría un solo átomo de hierro y un solo átomo de terbio. Dichos espectros son una parte fundamental para validar y comprender las propiedades químicas y físicas de lo observado. Es como un código de barras característico que se asocia a cada elemento particular.

En palabras de Saw Wai Hla, científico líder del proyecto, compartidas para Argonne National Laboratory:

“Poder estudiar un átomo a la vez revolucionará las aplicaciones de rayos X a un nivel sin precedentes, desde la tecnología de información cuántica hasta la investigación ambiental y médica”.

Una herramienta para comprender el Universo

Las implicaciones de lograr obtener la "radiografía" o "rayosX-grafía" de un átomo individual son interesantísimas. Estas van desde la mejora en nuestra capacidad para diseñar y fabricar materiales a nivel atómico hasta el potencial de desarrollar nuevos procesos para la computación cuántica.

Por lo tanto, este grupo de científicos presentan una manera para estudiar y posiblemente manipular objetos en escala atómica. ¡Escala atómica! Por debajo de la escala atómica solo unas cuantas formas elementales de la física se esconden. Es como si pudiéramos estudiar "píxel a píxel" la composición de los materiales.

De volverse común la manipulación atómica de las cosas, estaríamos hablando de herramientas con el potencial de transformar todo lo que nos rodea. Las implicaciones de este descubrimiento podrían ser tangenciales para el desarrollo tecnológico de nuestra civilización. Algo tan disruptivo como sería el fallido intento de los Caballeros de la Mesa Redonda por conseguir el Santo Grial.