La cola cuántica del decaimiento: cómo el color revela la memoria del nacimiento ✛
Un sistema cuántico, una vez que nace, no lo olvida. Incluso después de decenas de tiempos de vida, en su decaimiento queda una huella del estado inicial: una cola potencial que decrece lentamente. Para dos colorantes fluorescentes, eritrosina B y eosina Y, esta cola se ha logrado observar por primera vez en dos canales espectrales a la vez. Resulta que diferentes colores se desvanecen de manera distinta, pero el ritmo general lo marca un solo director: un tiempo de vida único.
El experimento, realizado en un microscopio confocal invertido Nikon Eclipse Ti-E con un láser de picosegundos (438 nm), recogió la fluorescencia a través de dos detectores híbridos PicoQuant PMA Hybrid 40. Los filtros de banda 520/35 nm y 600/50 nm separaron la luz en dos canales. Para la eritrosina B, el tiempo de vida fue de 0.448 ns en ambos canales, mientras que los exponentes β difirieron: 1.559±0.014 y 2.019±0.017. La eosina Y mostró un patrón similar: τ = 1.054 ns, β = 1.512±0.019 y 1.845±0.051. La cola potencial apareció después de aproximadamente 10 tiempos de vida. El modelo biexponencial no pudo describir los datos, mientras que una exponencial más una ley potencial se ajustó mucho mejor.
El modelo teórico con una densidad espectral umbral de la forma ρ(E) ∝ (E−Eth)^γ con γ<0 reproduce los β observados en el rango 1<β<3. El análisis multicanal muestra que las intensidades tardías de los canales se comportan como $t^{-(2γ_{i+3})}$ para un canal y $t^{-(γ_1+γ_{2+3})}$ para el otro, lo que explica la diferencia en los exponentes. Antes, tales desviaciones solo se veían en un canal; ahora está claro: la memoria del nacimiento se distribuye de manera desigual entre los canales.
Este resultado cambia la comprensión de las etapas tardías del decaimiento en la física molecular, la física nuclear y la física de partículas elementales. Ahora es posible verificar las oscilaciones predichas en la densidad espectral con alta resolución temporal, estudiar la influencia de las condiciones de preparación del estado en la forma de la cola y extender el enfoque al túnel cuántico. En la práctica, esto significa una calibración más precisa de las mediciones de fluorescencia en biología y química, donde los tiempos tardíos son importantes.
La cola potencial tardía significa que el sistema cuántico recuerda el momento de su nacimiento incluso después de decenas de tiempos de vida. En el experimento, el conteo de fotones continuó hasta 95 nanosegundos, lo que corresponde a aproximadamente 200 tiempos de vida para la eritrosina B.
En la novela de Stanisław Lem «Solaris», el océano manifiesta memoria del pasado en formas inesperadas. Aquí, el sistema cuántico también guarda memoria del momento del nacimiento, pero la manifiesta en una cola potencial de decaimiento que depende del canal.