Simulación interactiva del efecto Aharonov-Bohm: ajusta el flujo magnético a través de un solenoide para observar el desplazamiento de fase cuántico y los cambios en el patrón de interferencia
En la electrodinámica clásica, la fuerza electromagnética sobre una partícula cargada depende solo de los campos E y B locales. En 1959, Aharonov y Bohm predijeron un efecto puramente cuántico: una partícula cargada adquiere un desfase incluso al viajar por una región donde B = 0, siempre que la región encierre flujo magnético. La diferencia de fase es δφ = (e/ℏ) ∮ A·dl = (e/ℏ)Φ, donde Φ₀ = h/e es el cuanto de flujo magnético. Es una fase topológica — depende solo de la topología de las trayectorias. Fue confirmado experimentalmente por Tonomura et al. (1986), demostrando que el potencial vectorial A tiene significado físico en mecánica cuántica.
En el experimento de doble rendija, la intensidad es I = |ψ₁ + ψ₂|² = I₁ + I₂ + 2√(I₁I₂)cos(φ₁ - φ₂ + δφ_AB). Cuando δφ_AB = 0: máximo central en θ = 0. Cuando δφ_AB = π: el máximo central se desplaza — interferencia constructiva y destructiva se intercambian. Un desfase de 2π restaura el patrón original (invariancia de gauge).
Física fundamental: el efecto AB demuestra que el potencial vectorial A es físicamente real. Fase de Berry: inspiró el descubrimiento de fases geométricas (1984). Aislantes topológicos: la física de la materia condensada usa fases tipo AB para materiales topológicos. SQUID: los magnetómetros de interferencia cuántica superconductora miden campos de hasta 10⁻¹⁵ T. Computación cuántica topológica: explota fases topológicas para puertas cuánticas tolerantes a fallos.
El lienzo superior muestra un experimento de doble rendija. Un solenoide se ubica entre las dos trayectorias. Usa el control de flujo magnético para ajustar Φ/Φ₀ y observa cómo se desplaza el patrón de interferencia. El desfase es δφ = 2π(Φ/Φ₀). Con flujo cero se obtiene el patrón estándar. Con Φ/Φ₀ = 0.5 el patrón se desplaza media franja. Con Φ/Φ₀ = 1.0 el patrón vuelve al original por periodicidad 2π.