“Si crees que entiendes la física cuántica, en realidad no entiendes la física cuántica”. No lo decimos nosotros. Lo dice Richard Feynman, Premio Nobel de Física por sus contribuciones a la electrodinámica cuántica y uno de los científicos más admirados del siglo XX. La mecánica cuántica estudia las leyes que gobiernan el mundo de lo muy pequeño, de las partículas, y las interacciones a las que están expuestas las estructuras atómicas y subatómicas. Y la mayor parte de esas reglas son radicalmente diferentes 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. Los logros van llegando poco a poco, y uno de ellos, el más reciente, procede del MIT (Massachusetts Institute of Technology) y tiene la capacidad de abrir de par en par la puerta a la exploración de los estados exóticos de la materia y a la fabricación de nuevos materiales cuánticos.

El MIT ha logrado acercar los átomos mucho más de lo que era posible hasta ahora

Las interacciones entre los átomos son mucho más intensas cuando se encuentran muy cerca. El problema es que aproximarlos lo necesario no es fácil. Los físicos suelen afrontar este desafío enfriándolos hasta que alcanzan una temperatura tan baja que en esencia se detienen por completo. Una vez que se encuentran en este estado utilizan un láser para acercarlos hasta que se encuentran a una distancia de 500 nanómetros, un límite que está establecido por la longitud de onda de la luz del láser. Este dato puede ayudarnos a poner esta cifra en contexto: un glóbulo rojo mide aproximadamente 1.000 nm de anchura.

Lo sorprendente es que un grupo de investigadores del MIT ha conseguido derribar la barrera de los 500 nanómetros. Y es que la técnica que han desarrollado las permite aproximar los átomos a tan solo 50 nanómetros, una distancia tan ínfima que propicia la aparición de nuevos efectos cuánticos como consecuencia de la interacción entre los átomos. Curiosamente estos físicos han utilizado en su experimento átomos de disprosio debido a que este elemento químico tiene el momento magnético más alto a baja temperatura solo por detrás del holmio.

En la práctica lo que han hecho estos científicos del MIT ha sido enfriar los átomos de disprosio a una temperatura cercana al cero absoluto y distribuirlos en dos finísimas láminas utilizando un láser, de modo que la distancia entre ambas capas era de tan solo 50 nm. Lo asombroso es que a esta distancia tan reducida la interacción magnética entre los átomos de disprosio es 1.000 veces más intensa que a 500 nm, lo que, como he mencionado más arriba, da lugar a nuevos efectos cuánticos. De hecho, estos físicos han sido capaces de medir dos nuevos efectos ocasionados por la proximidad de los átomos.

El primero de ellos se conoce como “termalización” y consiste en la transferencia de energía térmica desde una capa de átomos de disprosio hacia la otra. El segundo efecto cuántico se manifiesta como una oscilación sincronizada de ambas capas de átomos. Curiosamente, al separar las capas los dos efectos se van atenuando hasta llegar a desvanecerse del todo. Wolfgang Ketterle, el profesor de física en el MIT que ha liderado este experimento, asegura que su técnica puede ser utilizada también con otros tipos de átomos para indagar en la aparición de otros fenómenos cuánticos.

Todo lo que hemos visto hasta ahora es interesantísimo, pero nos falta algo muy importante: saber si el experimento que han llevado a cabo estos físicos tiene aplicaciones prácticas. Afortunadamente sí las tiene. Y es que Ketterle y sus colegas planean utilizar la técnica que han ideado para llevar a cabo este experimento para manipular átomos en configuraciones específicas que podrían permitirles construir la primera puerta cuántica magnética. Si consiguen su propósito estarán afianzando los pilares de un nuevo tipo de ordenadores cuánticos. Crucemos los dedos.

Imagen | Courtesy of the researchers (MIT)

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