Cohen-Tannoudji: “El condensado de Bosé-Einstein es como los soldados que desfilan con talón”
Creo que la principal dificultad de la mecánica cuántica es que manda en el mundo microscópico. Explica el comportamiento de las partículas elementales, átomos, electrones... Y ese comportamiento y lo que vemos en el mundo macroscópico, que manda la intuición clásica, son muy diferentes.
Sin embargo, conviene que la gente se dé cuenta de que en este mundo en el que vivimos, la mecánica cuántica está en cualquier sitio, en los aparatos que utilizamos a diario. Lectores de CD, transistores, ordenadores, internet, etc. Todas estas herramientas tecnológicas están basadas en efectos cuánticos: efecto transistor, emisión estimulada, luz láser...
Por lo tanto, la dificultad de la mecánica cuántica radica en que contiene conceptos de física que no vemos en el mundo clásico, como la materia se compone no sólo de partículas sino también de ondas. Es un concepto difícil.
La óptica cuántica explica cómo se puede utilizar la luz para transmitir información, hacer fotodetectores muy sensibles, cámaras digitales, etc. Para explicar a alguien qué hago, tomo un ejemplo de ellos y le explico cómo funciona.
Además, creo que es importante decir a la gente que la física responde a preguntas básicas. Cómo es el universo, si se está expandiendo, qué es el Big Bang, la estructura del tiempo, la estructura del espacio... Y la única manera de responder a estas preguntas básicas es hacer ciencia.
Por lo tanto, la ciencia forma parte de la cultura humana, como poesía, música o pintura. Tenemos que hacer ciencia, hacer física y explicarla a la gente.
La verdad es que queríamos comprender las interacciones básicas entre los átomos y la luz. Y cuando comprendimos mejor lo que pasa cuando un átomo es iluminado por un rayo láser, entonces empezamos a pensar cuáles eran las aplicaciones básicas. Y nos dimos cuenta de que podríamos utilizarlo para amortiguar (enfriar) los átomos.
Así es: cuando se entiende mejor la física básica aparecen nuevas ideas, opciones que antes eran impensables. De esta forma aparecen nuevas aplicaciones que permiten ver nuevos fenómenos y surgen nuevas preguntas. ¡Es una espiral sin fin!
Sí. Utilizamos la escala Kelvin y en estos momentos estamos a unos cuantos grados de la temperatura del cero Kelvin (0K). Teniendo en cuenta que la temperatura ambiente es de 300 K, la temperatura más baja que hemos alcanzado es por billón. Por cierto, es la temperatura más baja del universo, ya que la temperatura del espacio interestelar es de 2,7 K si se tiene en cuenta la radiación cósmica del fondo.
Pues hemos conseguido temperaturas un millón de veces inferiores. Eso sólo se puede hacer en un laboratorio.
No, es una asíntota. Es un limite, por lo tanto, no tiene sentido.
En cuanto al límite práctico, en mecánica cuántica tenemos un límite: Principio de incertidumbre de Heisenberg. Según esto, la posición (x) y el momento (p) --o velocidad- están relacionados: no se pueden medir ambas exactamente al mismo tiempo. Para llegar al cero absoluto, el átomo debe estar parado, por lo que la velocidad está definida y la posición no puede determinarse. Es decir, para poner un gas a temperaturas muy bajas, cada vez hay que hacer más caja.
Sin embargo, cuando hacemos el experimento, la herramienta tiene una medida determinada, tenemos el límite de esta medida. Pero hay muchas opciones. La temperatura de un nanocelvin (10 -9 K) corresponde a una medida de 30 micrones, el millón de metros.
Y en el experimento de laboratorio tenemos más de 30 micrones. Por lo tanto, el principio de incertidumbre no nos limita por el momento, pero nos limitará a medida que bajemos la temperatura.
Y es que, a temperaturas muy bajas, también tenemos otro efecto de la mecánica cuántica: a cada partícula le corresponde una onda. La longitud de onda de esta onda es inversamente proporcional a la velocidad. Así, cuando un átomo se enfría, a medida que disminuye su velocidad, la longitud de onda aumenta. A temperaturas muy bajas las partículas son ondas de gran longitud de onda, y las ondas de todos los átomos se unen, se superponen.
En esta situación actúan como las ondas acuáticas: se unen o se entorpecen. Estas interacciones cuánticas constituyen la condensación Bose-Einstein.
El condensado es un estado de la materia, formado por átomos que se encuentran en el mismo estado cuántico. Los átomos se encuentran en la misma fase, tienen la misma velocidad… como el ejército de los soldados que desfilan con talón. Tienen un carácter coherente. Y sus características sorprendentes son, por ejemplo, la superfluidez (característica principal de los superconductores). En este medio no existe fricción, el sistema es totalmente fluido. Por lo tanto, tiene unas características impresionantes.
Sí, así es. La diferencia entre la luz y el láser (este último es muy direccional y coherente) y la materia convencional y el condensado de Bose-Einstein. La materia convencional es desordenada y todos los átomos del condensado Bose-Einstein se encuentran en el mismo estado.
Así, también se pueden hacer rayos con ondas de materia, análogos a la luz láser. Se denominan láseres atómicos.
Con estas ondas de materia se puede hacer una óptica: litografía, láseres atómicos, girómetros atómicos... hay muchas aplicaciones posibles.
Yo veo ambas actividades totalmente vinculadas. Y es que para enseñar un tema hay que analizarlo en profundidad: para enseñar algo hay que entenderlo aún más. Y esto es muy útil para la investigación.
Por otra parte, enseñar sin dedicarse a la investigación puede resultar obsoleto en unos años. Y para nada sirve investigar si no lo trasmites. Se trata, por tanto, de una actuación básicamente conjunta. En Francia llamamos enseignant chercheur: profesor e investigador a la vez.
Hasta el año pasado he sido profesor de Còllege de France. Còllege de France es una institución muy especial en la que cada profesor enseña cada año una asignatura diferente. Y no hay alumnos, puede ir cualquiera, no dan títulos, no hay que matricularse… Así, sólo la gente interesada acude a la clase.
Por lo tanto, estoy obligada a enseñar algo nuevo cada año. Es un gran reto, pero también un estímulo para el trabajo. A mí me ha ayudado muchísimo, porque tengo que aprender constantemente, y eso también es un estímulo para la investigación. Por todo ello creo que la enseñanza y la investigación están estrechamente ligadas.
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