Cohen-Tannoudji: “El condensat de Bosé-Einstein és com els soldats que desfilen amb taló”
Crec que la principal dificultat de la mecànica quàntica és que mana en el món microscòpic. Explica el comportament de les partícules elementals, àtoms, electrons... I aquest comportament i el que veiem en el món macroscòpic, que mana la intuïció clàssica, són molt diferents.
No obstant això, convé que la gent s'adoni que en aquest món en el qual vivim, la mecànica quàntica està en qualsevol lloc, en els aparells que utilitzem diàriament. Lectors de CD, transistors, ordinadors, internet, etc. Totes aquestes eines tecnològiques estan basades en efectes quàntics: efecte transistor, emissió estimulada, llum làser...
Per tant, la dificultat de la mecànica quàntica radica en el fet que conté conceptes de física que no veiem en el món clàssic, com la matèria es compon no sols de partícules sinó també d'ones. És un concepte difícil.
L'òptica quàntica explica com es pot utilitzar la llum per a transmetre informació, fer fotodetectores molt sensibles, càmeres digitals, etc. Per a explicar a algú què faig, prenc un exemple d'ells i li explico com funciona.
A més, crec que és important dir a la gent que la física respon a preguntes bàsiques. Com és l'univers, si s'està expandint, què és el Big bang, l'estructura del temps, l'estructura de l'espai... I l'única manera de respondre a aquestes preguntes bàsiques és fer ciència.
Per tant, la ciència forma part de la cultura humana, com a poesia, música o pintura. Hem de fer ciència, fer física i explicar-la a la gent.
La veritat és que volíem comprendre les interaccions bàsiques entre els àtoms i la llum. I quan vam comprendre millor el que passa quan un àtom és il·luminat per un raig làser, llavors comencem a pensar quines eren les aplicacions bàsiques. I ens vam adonar que podríem utilitzar-ho per a esmorteir (refredar) els àtoms.
Així és: quan s'entén millor la física bàsica apareixen noves idees, opcions que abans eren impensables. D'aquesta forma apareixen noves aplicacions que permeten veure nous fenòmens i sorgeixen noves preguntes. És una espiral sense fi!
Sí. Utilitzem l'escala Kelvin i en aquests moments estem a uns quants graus de la temperatura del zero Kelvin (0K). Tenint en compte que la temperatura ambient és de 300 K, la temperatura més baixa que hem aconseguit és per bilió. Per cert, és la temperatura més baixa de l'univers, ja que la temperatura de l'espai interestel·lar és de 2,7 K si es té en compte la radiació còsmica del fons.
Perquè hem aconseguit temperatures un milió de vegades inferiors. Això només es pot fer en un laboratori.
No, és una asímptota. És un limiti, per tant, no té sentit.
Quant al límit pràctic, en mecànica quàntica tenim un límit: Principi d'incertesa d'Heisenberg. Segons això, la posició (x) i el moment (p) --o velocitat- estan relacionats: no es poden mesurar totes dues exactament al mateix temps. Per a arribar al zero absolut, l'àtom ha d'estar parat, per la qual cosa la velocitat està definida i la posició no pot determinar-se. És a dir, per a posar un gas a temperatures molt baixes, cada vegada cal fer més caixa.
No obstant això, quan fem l'experiment, l'eina té una mesura determinada, tenim el límit d'aquesta mesura. Però hi ha moltes opcions. La temperatura d'un nanocelvin (10 -9 K) correspon a una mesura de 30 micrones, el milió de metres.
I en l'experiment de laboratori tenim més de 30 micrones. Per tant, el principi d'incertesa no ens limita de moment, però ens limitarà a mesura que baixem la temperatura.
I és que, a temperatures molt baixes, també tenim un altre efecte de la mecànica quàntica: a cada partícula li correspon una ona. La longitud d'ona d'aquesta ona és inversament proporcional a la velocitat. Així, quan un àtom es refreda, a mesura que disminueix la seva velocitat, la longitud d'ona augmenta. A temperatures molt baixes les partícules són ones de gran longitud d'ona, i les ones de tots els àtoms s'uneixen, se superposen.
En aquesta situació actuen com les ones aquàtiques: s'uneixen o s'entorpeixen. Aquestes interaccions quàntiques constitueixen la condensació Bose-Einstein.
El condensat és un estat de la matèria, format per àtoms que es troben en el mateix estat quàntic. Els àtoms es troben en la mateixa fase, tenen la mateixa velocitat… com l'exèrcit dels soldats que desfilen amb taló. Tenen un caràcter coherent. I les seves característiques sorprenents són, per exemple, la superfluïdesa (característica principal dels superconductors). En aquest mitjà no existeix fricció, el sistema és totalment fluid. Per tant, té unes característiques impressionants.
Sí, així és. La diferència entre la llum i el làser (aquest últim és molt direccional i coherent) i la matèria convencional i el condensat de Bose-Einstein. La matèria convencional és desordenada i tots els àtoms del condensat Bose-Einstein es troben en el mateix estat.
Així, també es poden fer raigs amb ones de matèria, anàlegs a la llum làser. Es denominen làsers atòmics.
Amb aquestes ones de matèria es pot fer una òptica: litografia, làsers atòmics, girómetros atòmics... hi ha moltes aplicacions possibles.
Jo veig totes dues activitats totalment vinculades. I és que per a ensenyar un tema cal analitzar-lo en profunditat: per a ensenyar alguna cosa cal entendre-ho encara més. I això és molt útil per a la recerca.
D'altra banda, ensenyar sense dedicar-se a la recerca pot resultar obsolet en uns anys. I per a res serveix investigar si no ho transmets. Es tracta, per tant, d'una actuació bàsicament conjunta. A França cridem enseignant chercheur: professor i investigador alhora.
Fins l'any passat he estat professor de Còllege de France. Còllege de France és una institució molt especial en la qual cada professor ensenya cada any una assignatura diferent. I no hi ha alumnes, pot anar qualsevol, no donen títols, no cal matricular-se… Així, només la gent interessada acudeix a la classe.
Per tant, estic obligada a ensenyar una cosa nova cada any. És un gran repte, però també un estímul per al treball. A mi m'ha ajudat moltíssim, perquè haig d'aprendre constantment, i això també és un estímul per a la recerca. Per tot això crec que l'ensenyament i la recerca estan estretament lligades.
Buletina
Bidali zure helbide elektronikoa eta jaso asteroko buletina zure sarrera-ontzian