Ahora & Ciencia

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.




15 comentarios

  1. Fulano dice:

    “los puristas de la teoría quizás discrepen”

    Yo no estoy en condiciones de opinar sobre este premio en concreto porque hay que estar muy al día, pero mirando a la historia, yo sí creo que el Nobel de física ha estado un poco escorado hacia el lado experimental.

    • Angel dice:

      Aunque hay casos de todos los tipos, en el Nobel de Física es cierto que suele primar el descubrimiento experimental sobre el desarrollo teórico. Uno de los casos más flagrante es el de Penzias y Wilson por el descubrimiento del fondo cósmico de microondas. P&W publicaron sus observaciones. En la misma revista, en el mismo número, justo a continuación, iba el modelo teórico que explicaba esas observaciones. El Nobel fue solo para los primeros.

    • Plaff dice:

      Es que el Nobel de Física (no sé como va en otras ramas más impuras) solo se da si hay experimento por medio. Si eres un purista de la teoría (como Hawking y sus evaporaciones de agujeros negros en universos que no son el nuestro) no vas a oler un Nobel en tu vida.

      Aún así, me quedo con la duda de si se refería a ‘muy tecnológico’ o ‘muy experimental’. Si es lo primero, a mi no me gusta. Aún siendo experimental (en mi caso, observacional), no me gusta que se de premios Nobel de Física a gente porque hacen cacharros ‘chulis’.

      Que no somos ingenierios, leches.

      • Epicureo dice:

        No se puede dar un premio Nobel de física o química por una teoría, pero sí por un invento de carácter ingenieril; según el testamento de Nobel, se dan “una parte a la persona que haya hecho el descubrimiento o el invento más importante dentro del campo de la física; una parte a la persona que haya realizado el descubrimiento o mejora más importante dentro de la química…”

        Por lo tanto, aunque no te guste que se den premios por hacer cacharros “chulis”, a Nobel sí que le gustaba y lo dejó dicho, lo siento.

        Desgraciadamente, el mal llamado Nobel de economía, que no fue obra de Nobel, no tiene un carácter tan práctico y se ha dado a gente con muy poco contacto con la realidad.

        • Bidatzi dice:

          1910 (Van der Waals) “for his work on the equation of state for gases and liquids”

          1912 (Albert Einstein) “for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect”

          1932 (Heisenberg) “for the creation of quantum mechanics, the application of which has, inter alia, led to the discovery of the allotropic forms of hydrogen”

          1933 (Schrödinger y Dirac) “for the discovery of new productive forms of atomic theory”

          1945 (Pauli) “for the discovery of the Exclusion Principle, also called the Pauli principle”

          1949 (Yukawa) “for his prediction of the existence of mesons on the basis of theoretical work on nuclear forces”

          1954 (Born) “for his fundamental research in quantum mechanics, especially for his statistical interpretation of the wavefunction”

          1963 (Wigner) “for his contributions to the theory of the atomic nucleus and the elementary particles, particularly through the discovery and application of fundamental symmetry principles”

          1967 (Bethe) “for his contributions to the theory of nuclear reactions, especially his discoveries concerning the energy production in stars”

          1973 (Josephson) “for his theoretical predictions of the properties of a supercurrent through a tunnel barrier

          1977 (Mott y Van Vleck) “for their fundamental theoretical investigations of the electronic structure of magnetic and disordered systems”

          1979 (Salam y Weinberg) “for their contributions to the theory of the unified weak and electromagnetic interaction between elementary particles, including, inter alia, the prediction of the weak neutral current”

          1982 (Wilson) “for his theory for critical phenomena in connection with phase transitions”

          2005 (Glauber) “for his contribution to the quantum theory of optical coherence”

          2008 (Nambu) “for the discovery of the mechanism of spontaneous broken symmetry in subatomic physics”

          • Quevedin dice:

            Se te han olvidado unos cuantos recientes de teóricos y teóricos de condensada:
            2008
            Yoichiro Nambu, Makoto Kobayashi, Toshihide Maskawa
            2005
            Roy J. Glauber (los otros eran experimentales)
            2004
            David J. Gross, H. David Politzer, Frank Wilczek
            2003
            Alexei A. Abrikosov, Vitaly L. Ginzburg, Anthony J. Leggett
            1999
            Gerardus ‘t Hooft, Martinus J.G. Veltman
            1998
            Robert B. Laughlin (Los otros dos eran experimentales)
            1991
            Pierre-Gilles de Gennes

            En física, pese a ser una ciencia experimental, se da desdemedidamente a teóricos y a teóricos de estado sólido, estadísticos y teóricos astrofísicos.
            En química, el único caso reciente que recuerdo fue Pople y Kohn, que eran físicos, pero les dieron el de química (al final da igual, se usa en los dos campos) por sus contribuciones a la DFT y a los cálculos de química cuántica y física.

          • Bidatzi dice:

            Nambu y Glauber sí que estaban en mi lista oiga :-)

      • Bidatzi dice:

        Sí. A lo que yo me refería no es a que este Premio se distinga de los de otros años por su *componente experimental*, sino que se premia casi de forma exclusiva esa componente. No se trata de un gran descubrimiento nacido a la luz de un gran desarrollo experimental, sino de un gran desarrollo experimental y de producción de herramientas.

        • Quevedin dice:

          Me colé con Nambu y Glauber, cierto

          Tienes razón con lo de que este año es experimental, me recuerda al del 97 del enfriamiento de átomos a Chu, Cohen Tannoudji y Philips, unos experimentos también muy bonitos. De hecho, Haroche creo que hizo la tesis con Cohen Tannoudji.

          Muy bonita la serie, oiga. Lo de Cirac lo veo complicado, aunque el tipo es muy listo, muy bueno, muy buen divulgador y muy buena persona.

  2. Penny dice:

    Gracias, Bidatzi. Así da gusto.

    Ya que hablas de computación cuántica, hay un español que es un verdadero crack: Juan Ignacio Cirac http://es.wikipedia.org/wiki/Juan_Ignacio_Cirac_Sasturain . Su nombre incluso suena para un futuro premio Nobel

    PD En el blog de Francis the Mule también hay un post sobre el Nobel de física de este año http://francisthemulenews.wordpress.com/2012/10/09/premio-nobel-de-fisica-2012-serge-haroche-y-david-j-wineland-por-sus-trabajos-en-optica-cuantica/

  3. Drissang dice:

    Me encanta la física y leer sobre ella (aunque luego no me entere de casi nada) y no me deja de asombrar el ingenio y la capacidad de imaginación que tienen los físicos para trabajar en estos campos tan extremos…

  4. mictter dice:

    ¡Bravo Bidatzi! No tengo los conocimientos para opinar sobre la exactitud de tu artículo, pero me da muy buenas vibraciones, creo que has logrado explicar conceptos muy complejos de una forma sencilla de entender para prácticamente todo el mundo. Sospecho que escribirlo te ha llevado más de un borrador.

    Babbage, el blog de The Economist para cosas de ciencia y tecnología, tiene un artículo que sería así como el paso siguiente a este:
    http://www.economist.com/blogs/babbage/2012/10/nobel-prize-physics

    para los no enterados, mejor seguir por él antes de saltar al “de los muy cafeteros”.

  5. Bidatzi dice:

    Gracias Penny, Drissang y mictter!

    El artículo de Babbage está muy bien.

    Respecto al de Francis the Mule, utiliza los muy ilustrativos gráficos que se incluyen en el artículo divulgativo publicado por la propia Academia Sueca.

    Curiosidad: yo solía colarme en sus clases de técnicas gráficas cuando estudiaba y era un espectáculo verle en acción. Aún recuerdo aquellas transparencias enrolladas que desplazaba por el proyector haciendo scroll porque las fórmulas eran demasiado largas para caber en la pantalla :-D

  6. Quevedin dice:

    Una cosa, Bidatzi
    “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?”

    Es que de esto va exactamente el premio nobel de Haroche. Lo que tú has dicho son dos aspectos de la Física Cuántica. Antes de medir, un átomo no está ni en el estado A ni en B, sino en una superposición, cual Mitt Romney ;). Pero si lo mides/miras, lo proyectas, la analogía más sencilla es que le pones un polarizador óptico de un tipo, y claro, la función de onda colapsa, y te quedas con la proyección en ese estado.

    La técnica de las trampas de iones es muy potente pq permite crear estados cuánticos multiátomo, es decir, enlazo cuánticamente el átomo 1 con el átomo 2, pq los puedo dejar paraditos, y así estudiar ese “colapso de la función de onda”, o el “entanglement” (si mido en este caso el átomo 1, el átomo 2 está enlazado cuánticamente y se podría usar para transmitir información).

  7. [...] diferencia del de física, más paralelo, este Premio sigue una secuencia: Gurdon descubrió algo asombroso y Yamanaka, 40 [...]

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