Cohen-Tannoudji: “O condensado de Bosé-Einstein é como os soldados que desfilan con talón”
Creo que a principal dificultade da mecánica cuántica é que manda no mundo microscópico. Explica o comportamento das partículas elementais, átomos, electróns... E ese comportamento e o que vemos no mundo macroscópico, que manda a intuición clásica, son moi diferentes.
Con todo, convén que a xente se dea conta de que neste mundo no que vivimos, a mecánica cuántica está en calquera sitio, nos aparellos que utilizamos a diario. Lectores de CD, transistores, computadores, internet, etc. Todas estas ferramentas tecnolóxicas están baseadas en efectos cuánticos: efecto transistor, emisión estimulada, luz láser...
Por tanto, a dificultade da mecánica cuántica radica en que contén conceptos de física que non vemos no mundo clásico, como a materia componse non só de partículas senón tamén de ondas. É un concepto difícil.
A óptica cuántica explica como se pode utilizar a luz paira transmitir información, facer fotodetectores moi sensibles, cámaras dixitais, etc. Paira explicar a alguén que fago, tomo un exemplo deles e explícolle como funciona.
Ademais, creo que é importante dicir á xente que a física responde a preguntas básicas. Como é o universo, si está a expandirse, que é o Big Bang, a estrutura do tempo, a estrutura do espazo... E a única maneira de responder a estas preguntas básicas é facer ciencia.
Por tanto, a ciencia forma parte da cultura humana, como poesía, música ou pintura. Temos que facer ciencia, facer física e explicala á xente.
A verdade é que queriamos comprender as interaccións básicas entre os átomos e a luz. E cando comprendemos mellor o que pasa cando un átomo é iluminado por un raio láser, entón empezamos a pensar cales eran as aplicacións básicas. E démonos conta de que poderiamos utilizalo paira amortecer (arrefriar) os átomos.
Así é: cando se entende mellor a física básica aparecen novas ideas, opcións que antes eran impensables. Desta forma aparecen novas aplicacións que permiten ver novos fenómenos e xorden novas preguntas. É una espiral sen fin!
Si. Utilizamos a escala Kelvin e nestes momentos estamos a uns cantos graos da temperatura do cero Kelvin (0K). Tendo en conta que a temperatura ambiente é de 300 K, a temperatura máis baixa que alcanzamos é por billón. Por certo, é a temperatura máis baixa do universo, xa que a temperatura do espazo interestelar é de 2,7 K si tense en conta a radiación cósmica do fondo.
Pois conseguimos temperaturas un millón de veces inferiores. Iso só se pode facer nun laboratorio.
Non, é una asíntota. É un limite, por tanto, non ten sentido.
En canto ao límite práctico, en mecánica cuántica temos un límite: Principio de incerteza de Heisenberg. Segundo isto, a posición (x) e o momento (p) --ou velocidade- están relacionados: non se poden medir ambas as exactamente ao mesmo tempo. Paira chegar ao cero absoluto, o átomo debe estar parado, polo que a velocidade está definida e a posición non pode determinarse. É dicir, paira pór un gas a temperaturas moi baixas, cada vez hai que facer máis caixa.
Con todo, cando facemos o experimento, a ferramenta ten una medida determinada, temos o límite desta medida. Pero hai moitas opcións. A temperatura dun nanocelvin (10 -9 K) corresponde a unha medida de 30 micrones, o millón de metros.
E no experimento de laboratorio temos máis de 30 micrones. Por tanto, o principio de incerteza non nos limita polo momento, pero nos limitará a medida que baixemos a temperatura.
E é que, a temperaturas moi baixas, tamén temos outro efecto da mecánica cuántica: a cada partícula correspóndelle una onda. A lonxitude de onda desta onda é inversamente proporcional á velocidade. Así, cando un átomo arrefríase, a medida que diminúe a súa velocidade, a lonxitude de onda aumenta. A temperaturas moi baixas as partículas son ondas de gran lonxitude de onda, e as ondas de todos os átomos únense, se superponen.
Nesta situación actúan como as ondas acuáticas: únense ou se entorpecen. Estas interaccións cuánticas constitúen a condensación Bose-Einstein.
O condensado é un estado da materia, formado por átomos que se atopan no mesmo estado cuántico. Os átomos atópanse na mesma fase, teñen a mesma velocidade… como o exército dos soldados que desfilan con talón. Teñen un carácter coherente. E as súas características sorprendentes son, por exemplo, a superfluidez (característica principal dos superconductores). Neste medio non existe fricción, o sistema é totalmente fluído. Por tanto, ten unhas características impresionantes.
Si, así é. A diferenza entre a luz e o láser (este último é moi direccional e coherente) e a materia convencional e o condensado de Bose-Einstein. A materia convencional é desordenada e todos os átomos do condensado Bose-Einstein atópanse no mesmo estado.
Así, tamén se poden facer raios con ondas de materia, análogos á luz láser. Denomínanse láseres atómicos.
Con estas ondas de materia pódese facer una óptica: litografía, láseres atómicos, girómetros atómicos... hai moitas aplicacións posibles.
Eu vexo ambas as actividades totalmente vinculadas. E é que paira ensinar un tema hai que analizalo en profundidade: paira ensinar algo hai que entendelo aínda máis. E isto é moi útil paira a investigación.
Por outra banda, ensinar sen dedicarse á investigación pode resultar obsoleto nuns anos. E para nada serve investigar se non o transmites. Trátase, por tanto, dunha actuación basicamente conxunta. En Francia chamamos enseignant chercheur: profesor e investigador á vez.
Até o ano pasado fun profesor de Còllege de France. Còllege de France é una institución moi especial na que cada profesor ensina cada ano una materia diferente. E non hai alumnos, pode ir calquera, non dan títulos, non hai que matricularse… Así, só a xente interesada acode á clase.
Por tanto, estou obrigada a ensinar algo novo cada ano. É un gran reto, pero tamén un estímulo paira o traballo. A min axudoume moitísimo, porque teño que aprender constantemente, e iso tamén é un estímulo paira a investigación. Por todo iso creo que o ensino e a investigación están estreitamente ligadas.
Buletina
Bidali zure helbide elektronikoa eta jaso asteroko buletina zure sarrera-ontzian