Los físicos creían que este fenómeno cuántico era imposible. Estaban muy equivocados
Esta cita de Richard Feynman, Premio Nobel de Física por sus contribuciones a la electrodinámica cuántica y uno de los científicos más admirados del siglo XX, condensa muy bien la complejidad de la física cuántica: "Si crees que la entiendes, en realidad no entiendes la física cuántica". La mecánica cuántica estudia las leyes que gobiernan el mundo de lo muy pequeño, de las partículas, así como las interacciones a las que están expuestas las estructuras atómicas y subatómicas. La mayor parte de esas reglas es radicalmente diferente a las leyes con las que nos hemos familiarizado en el mundo en el que vivimos. En el mundo macroscópico. Muchos físicos se han pasado el último siglo intentando entender cómo funcionan los fenómenos cuánticos conocidos, y también esforzándose para identificar reglas cuánticas desconocidas. El problema es que trabajar con lo extremadamente pequeño, con las partículas, es muy difícil. No obstante, esto no significa que no estén teniendo éxito. A la caza y captura de la esquiva transición de fase superradiante Los físicos Klaus Hepp y Elliott H. Lieb predijeron en 1973 un fenómeno cuántico conocido como transición de fase superradiante. Durante más de medio siglo la comunidad científica se ha esforzado sin éxito para encontrar evidencias que amparasen la existencia de este mecanismo más allá de la mera teoría. Pero todo cambió el pasado 4 de abril. Ese día un grupo de investigadores de la Universidad Rice, en Texas (EEUU); la Universidad de Shanghái (China); el Laboratorio Nacional Ames de la NASA (EEUU) o la Universidad Nacional de Singapur, entre otras instituciones científicas, publicó un artículo en ScienceAdvances en el que explica el procedimiento que ha utilizado para observar experimentalmente este fenómeno cuántico tan huidizo. En Xataka China sigue imparable: está terminando una megafuente de luz ultravioleta para fabricar chips de vanguardia Entender qué es la transición de fase superradiante y todas sus implicaciones no es sencillo, pero podemos hacernos una idea bastante precisa acerca de en qué consiste este mecanismo si lo observamos como un cambio repentino en un sistema de partículas que propicia que muchas de ellas comiencen a comportarse de una manera coordinada. Cuando no se da este fenómeno los átomos interaccionan de una forma débil y se comportan de una manera desorganizada, pero cuando surge la transición de fase superradiante se sincronizan y exhiben un mismo comportamiento, dando lugar a un nuevo estado de la materia. Cuando surge la transición de fase superradiante los átomos se sincronizan y exhiben un mismo comportamiento Lo más sorprendente es que este nuevo estado confiere al material unas propiedades inusuales desde un punto de vista macroscópico. Los investigadores que he mencionado unas líneas más arriba han conseguido llevar a cabo la primera observación directa de este mecanismo. Y lo han logrado desencadenando la transición en un cristal compuesto por erbio, hierro y oxígeno sometido a una temperatura de −271,7 grados Celsius. Además, lo expusieron a un campo magnético de nada menos que 7 teslas, por lo que era más de 100.000 veces más intenso que el campo magnético de la Tierra. Lo que perseguían era inducir la transición de fase superradiante acoplando el espín de las partículas. Y lo lograron. El espín es una propiedad intrínseca de las partículas elementales, al igual que la carga eléctrica, derivada de su momento de rotación angular. La primera evidencia experimental que refrendaba su existencia llegó en 1922 gracias a los experimentos de los físicos alemanes Otto Stern y Walther Gerlach, aunque los científicos no empezaron a entender la naturaleza de esta importantísima propiedad de las partículas elementales hasta unos años más tarde. La razón por la que no es fácil comprender con precisión qué es el espín se debe a que es un fenómeno cuántico, por lo que no es del todo correcto describirlo como un movimiento de rotación convencional en el espacio. Aun así, la descripción que os he propuesto en el párrafo anterior suele utilizarse con una finalidad didáctica debido a que nos ayuda a intuir sin demasiado esfuerzo de qué estamos hablando. En cualquier caso, lo más interesante es que la transición de fase superradiante abre de par en par la puerta a la próxima generación de tecnologías cuánticas. Esto es lo realmente importante. Según los físicos involucrados en este experimento este mecanismo presumiblemente puede utilizarse para poner a punto sensores cuánticos dotados de una sensibilidad mucho más alta que los que están disponibles actualmente. Y también puede emplearse para producir cúbits más robustos para ordenadores cuánticos. Suena bien. Ojalá se cumplan sus predicciones. Imagen | Generada por Xataka con DALL-E Más información | ScienceAdvances En Xataka | El CERN ha conseguido algo sin precedentes: transformar
Esta cita de Richard Feynman, Premio Nobel de Física por sus contribuciones a la electrodinámica cuántica y uno de los científicos más admirados del siglo XX, condensa muy bien la complejidad de la física cuántica: "Si crees que la entiendes, en realidad no entiendes la física cuántica". La mecánica cuántica estudia las leyes que gobiernan el mundo de lo muy pequeño, de las partículas, así como las interacciones a las que están expuestas las estructuras atómicas y subatómicas.
La mayor parte de esas reglas es radicalmente diferente a las leyes con las que nos hemos familiarizado en el mundo en el que vivimos. En el mundo macroscópico. Muchos físicos se han pasado el último siglo intentando entender cómo funcionan los fenómenos cuánticos conocidos, y también esforzándose para identificar reglas cuánticas desconocidas. El problema es que trabajar con lo extremadamente pequeño, con las partículas, es muy difícil. No obstante, esto no significa que no estén teniendo éxito.
A la caza y captura de la esquiva transición de fase superradiante
Los físicos Klaus Hepp y Elliott H. Lieb predijeron en 1973 un fenómeno cuántico conocido como transición de fase superradiante. Durante más de medio siglo la comunidad científica se ha esforzado sin éxito para encontrar evidencias que amparasen la existencia de este mecanismo más allá de la mera teoría. Pero todo cambió el pasado 4 de abril. Ese día un grupo de investigadores de la Universidad Rice, en Texas (EEUU); la Universidad de Shanghái (China); el Laboratorio Nacional Ames de la NASA (EEUU) o la Universidad Nacional de Singapur, entre otras instituciones científicas, publicó un artículo en ScienceAdvances en el que explica el procedimiento que ha utilizado para observar experimentalmente este fenómeno cuántico tan huidizo.
Entender qué es la transición de fase superradiante y todas sus implicaciones no es sencillo, pero podemos hacernos una idea bastante precisa acerca de en qué consiste este mecanismo si lo observamos como un cambio repentino en un sistema de partículas que propicia que muchas de ellas comiencen a comportarse de una manera coordinada. Cuando no se da este fenómeno los átomos interaccionan de una forma débil y se comportan de una manera desorganizada, pero cuando surge la transición de fase superradiante se sincronizan y exhiben un mismo comportamiento, dando lugar a un nuevo estado de la materia.
Cuando surge la transición de fase superradiante los átomos se sincronizan y exhiben un mismo comportamiento
Lo más sorprendente es que este nuevo estado confiere al material unas propiedades inusuales desde un punto de vista macroscópico. Los investigadores que he mencionado unas líneas más arriba han conseguido llevar a cabo la primera observación directa de este mecanismo. Y lo han logrado desencadenando la transición en un cristal compuesto por erbio, hierro y oxígeno sometido a una temperatura de −271,7 grados Celsius. Además, lo expusieron a un campo magnético de nada menos que 7 teslas, por lo que era más de 100.000 veces más intenso que el campo magnético de la Tierra. Lo que perseguían era inducir la transición de fase superradiante acoplando el espín de las partículas. Y lo lograron.
El espín es una propiedad intrínseca de las partículas elementales, al igual que la carga eléctrica, derivada de su momento de rotación angular. La primera evidencia experimental que refrendaba su existencia llegó en 1922 gracias a los experimentos de los físicos alemanes Otto Stern y Walther Gerlach, aunque los científicos no empezaron a entender la naturaleza de esta importantísima propiedad de las partículas elementales hasta unos años más tarde. La razón por la que no es fácil comprender con precisión qué es el espín se debe a que es un fenómeno cuántico, por lo que no es del todo correcto describirlo como un movimiento de rotación convencional en el espacio.
Aun así, la descripción que os he propuesto en el párrafo anterior suele utilizarse con una finalidad didáctica debido a que nos ayuda a intuir sin demasiado esfuerzo de qué estamos hablando. En cualquier caso, lo más interesante es que la transición de fase superradiante abre de par en par la puerta a la próxima generación de tecnologías cuánticas. Esto es lo realmente importante. Según los físicos involucrados en este experimento este mecanismo presumiblemente puede utilizarse para poner a punto sensores cuánticos dotados de una sensibilidad mucho más alta que los que están disponibles actualmente. Y también puede emplearse para producir cúbits más robustos para ordenadores cuánticos. Suena bien. Ojalá se cumplan sus predicciones.
Imagen | Generada por Xataka con DALL-E
Más información | ScienceAdvances
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La noticia
Los físicos creían que este fenómeno cuántico era imposible. Estaban muy equivocados
fue publicada originalmente en
Xataka
por
Juan Carlos López
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