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Premio Nobel de Física 2012

11 Oct, 2012 -

A lo largo de esta semana las diferentes instituciones asociadas al Premio Nobel están anunciando los ganadores de 2012 en las diferentes categorías. Hasta ahora, se han anunciado los ganadores del Premio en las disciplinas de Física, Medicina y Química.

Los chicos de Politikon me han invitado muy generosamente a hacer una breve reseña sobre los hallazgos fundamentales que han dado lugar a los respectivos Premios en las disciplinas más directamente científicas.

Un aspecto delicioso (para mí, los puristas de la teoría quizás discrepen) de los premios  de este año es que son muy tecnológicos. Están más relacionados con la creación de herramientas y métodos que con nuevos hallazgos.

En esta primera entrada trataré únicamente el de física.

Física: Serge Haroche y David J. Wineland

Por novedosos métodos experimentales que permiten la medición y manipulación de sistemas cuánticos individuales

La física que vemos en nuestra realidad cotidiana es una agregación estadística descomunal sobre la que hace ya siglos somos capaces de realizar inferencias y enunciar principios fundamentales de aplicación (aparentemente) universal. Esta universalidad se rompe, básicamente, en dos situaciones extremas: a velocidades muy altas (digamos cercanas a la velocidad de la luz) y cuando hablamos de cantidades de materia muy muy reducidas (cuando estamos tratando con los elementos individuales que componen la materia misma y no con enormes cantidades de éstos). En ambos casos, los principios rectores y comportamientos que se detectan tienen un caracter extraordinariamente anti-intuitivo para pobres diablos como nosotros, hominidos de sabana venidos a más.

Así, en el ámbito cuántico encontramos cosas cognitivamente chocantes como partículas que están en varios estados simultáneamente (el famoso gato de Schrödinger) y con limitaciones fundamentales como la enunciada en el principio de incertidumbre de Heisenberg, que establece la imposibilidad de conocer al mismo tiempo y de forma precisa la posición y el momento lineal (o cantidad de movimiento) de una partícula.

Estas limitaciones anti-deterministas no significan que no puedan medirse muchísimas cosas sobre el estado y comportamiento de un sistema cuántico (átomos o fotones individuales). El problema es que es extraordinariamente difícil. Los sistemas cuánticos interactuan enormemente con lo que les rodea de modo que es prácticamente imposible analizarlos individualmente de una forma no destructiva (el átomo interactúa con otro cercano y modifica su estado, el fotón es absorbido y re-emitido en un estado completamente diferente…).

Este Premio reconoce la prodigiosa tarea llevada a cabo por dos científicos (y sus equipos) durante más de tres décadas para desarrollar métodos y herramientas que permiten precisamente eso: el análisis individual de sistemas cuánticos.

Aunque ambos científicos persiguen ese objetivo común, los caminos seguidos son diferentes: El laboratorio de Wineland, en Boulder, desarrolló las denominadas “trampas iónicas” (una suerte de jaula para iones construida con campos eléctricos) mientras que el equipo de Haroche utiliza “cavidades cuánticas” (imaginad un par de espejos cóncavos enfrentados tan bien hechos que permiten que un único fotón rebote entre ambos espejos sin ser absorbido, de forma que recorre hasta 40000 km antes de desaparecer -en unos 130 ms-).

Toda está física experimental es de la que cuesta dinero (alto vacío, temperaturas a unas décimas del cero absoluto, superconductores, láseres pulsantes de altísima frecuencia…) pero los resultados son verdaderamente espectaculares. Poder realizar mediciones sobre el estado de un sistema cuántico individual abre un enorme campo de posibilidades, tanto de avance del saber como de desarrollo tecnológico. Estas técnicas permiten el nacimiento de los denominados ordenadores cuánticos (Juan, ¡a estudiar!). También permiten construir relojes ópticos, órdenes de magnitud más precisos que los actuales de Cesio (de los que en Boulder, donde trabaja Wineland tienen los más avanzados).

Este análisis individual permite realizar experimentos alrededor de algunas de las paradojas cuánticas mencionadas anteriormente: ¿en qué momento y en qué condiciones deja un sistema cuántico de comportarse como tal (multiples estados simultáneos) y pasa a comportarse como un sistema con estados excluyentes?

Para los muy cafeteros, dejo el enlace al artículo de background publicado en el anuncio del Premio.