Nobel de Física para experimentos en el submundo de los átomos

A principios del siglo XX, Planck y Einstein plantearon que las leyes que gobiernan la interacción de los átomos con los fotones (la luz) son muy distintas de las que rigen nuestra realidad cotidiana: como en el país de las maravillas de Alicia, las partículas pueden estar en dos o más sitios simultáneamente, la radiación tiene propiedades ondulatorias y corpusculares, puede calcularse la probabilidad de que algo suceda, pero no cuándo ocurrirá, y las partículas pueden estar "enlazadas" de tal forma que medir el estado de una modifique el de su "socia"... aunque estén separadas.

Los experimentos que les permitieron inferir esas propiedades (y que dieron forma a la mecánica cuántica) involucraban a millones y millones de átomos, y la representación de estos sistemas físicos requirió complejas fórmulas matemáticas.

El francés Serge Haroche y el norteamericano David Wineland, ganadores del Premio Nobel de Física 2012, lograron algo que hasta Erwin Schrödinger, otra figura clave de esta historia, consideró imposible: como verdaderos "domadores de la materia", diseñaron formas de manipular átomos individuales y así verificar los extraños efectos de la mecánica cuántica "en cámara lenta".

"Tanto Haroche como Wineland son pioneros en hacer experimentos en los que se manipulan átomos de a uno y se los hace interactuar con fotones, también de a uno –dice el doctor Juan Pablo Paz, investigador del Conicet y de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA en computación cuántica, que mereció una visita de Haroche para participar de la jornada "Presente y futuro de la Computación cuántica" cuando fue distinguido con el Premio Bunge y Born 2010, y que en abril lo tuvo como profesor invitado durante un mes–. Personalmente, estaba seguro de que Haroche iba a ganar el Nobel, porque desarrolló experimentos de una complejidad tal que nadie más pudo hacerlos íntegramente. Pero él no estaba pendiente del premio."

Nacido en Casablanca en 1944 y padre de dos hijos, Haroche es desde hace mucho una de las figuras estelares de la ciencia mundial, pero no se creía las premoniciones de sus amigos: ayer a la mañana, cuando recibió la llamada de la Academia sueca, se quedó sin aliento. "Por suerte, pasaba cerca de un banco y me pude sentar –declaró–. Cuando vi el prefijo de Suecia, me di cuenta de que era real."

En su material de difusión, la Fundación Nobel explica que Wineland y Haroche "abrieron la puerta a una nueva era de experimentación que permite la observación directa de sistemas cuánticos individuales sin destruirlos". Estos métodos permitieron dar los primeros pasos hacia la construcción de un nuevo tipo de computadoras súper rápidas y relojes "ópticos" tan precisos que perderían sólo cinco segundos en todo el tiempo de vida del universo: 13.700 millones de años.

"Haroche se especializa en atrapar fotones en cavidades construidos con espejos tan increíblemente pulidos que cada uno, antes de ser absorbido, puede quedarse rebotando entre ellos durante una décima de segundo, que es una eternidad en términos cuánticos –explica Paz–. A la velocidad de la luz, durante ese tiempo un fotón en libertad puede recorrer 40.000 km, lo que equivale a dar una vuelta completa a la Tierra. En el mundo real, el tiempo que tarda un fotón en ser absorbido por un espejo es una millonésima de millonésima de segundo."

En esas cavidades, de unos tres centímetros de lado, Haroche y sus colaboradores lanzan también átomos individuales por unos agujeritos diminutos y luego estudian su interacción con los fotones. "Construir estos dispositivos, que sólo él tiene, debe haber insumido diez generaciones de estudiantes –comenta Paz–. Son fundamentales para desarrollar computadoras cuánticas, que exigirán, precisamente, controlar átomos de a uno."

Wineland y sus colegas atrapan átomos cargados de berilio (iones) y los inmovilizan con láseres especiales de modo que oscilen en dos estados cuánticos superpuestos. En su laboratorio del Instituto Nacional de Standards y Tecnología de los Estados Unidos, aprovechando la propiedad de los átomos a temperaturas cercanas al cero absoluto de vibrar y emitir luz a frecuencias muy precisas, desarrollaron un dispositivo 100 veces más rápido que los actuales relojes atómicos.

Domadores de la materia

Prueban los efectos de la mecánica cuántica

• SERGE HAROCHE
  
  College de France
  
  Hijo de un abogado y una maestra, fue un científico precoz. Tuvo como profesores a varios premios Nobel. Logró manipular átomos y fotones uno por uno para observar sus interacciones.

• DAVID WINELAND
  
  Universidad de Colorado
  
  Describe su trabajo como un "pase de magia": emplea láseres para inmovilizar átomos de berilio. Desarrolló relojes "ópticos" increíblemente precisos

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