Lunes 24 de octubre de 2022

La mecánica cuántica: historia, actualidad y aplicaciones

Físicas y físicos de distintas instituciones del país abordaron la mecánica cuántica desde distintas aristas, en el marco del ciclo “Martes cuánticos”, organizado por el Área Ciencias y tecnologías básicas y aplicadas del Instituto de Industria (IDEI) de la UNGS.

¿Por qué un ciclo de mecánica cuántica? “Además de ser de interés general, el ciclo abordó temas pertinentes para la formación complementaria de estudiantes de grado de carreras de ciencias y tecnología, y particularmente de las carreras de ingeniería de la UNGS, ya que estos temas no están presentes en los programas de las carreras de ingeniería y son de relevancia cultural”, respondió el físico Eduardo Rodríguez, investigador docente del IDEI y organizador del ciclo, que contó con más de 200 inscriptos, entre ellos estudiantes de la UNGS, otras instituciones y público en general. Rodríguez además explicó que “las conferencias permitieron ampliar competencias en torno al conocimiento científico contemporáneo” y que se pudo “apreciar el uso de la física cuántica en aplicaciones y tecnologías actuales”.

El primer encuentro de Martes Cuánticos estuvo a cargo del físico Horacio Pastawski que centró su charla en los misterios de un universo cuántico. Ante más de 100 asistentes virtuales, Pastawski comenzó su exposición con un repaso histórico por “los gigantes” de la física y sus descubrimientos hasta adentrarse en la historia de la mecánica cuántica y en algunos de sus misterios. “Entre esos el más fundamental es la superposición, que parece tan sencillo pero que tiene tantas implicaciones. El entrelazamiento, que está apareciendo tanto muchas veces hasta en la prensa, y la reversión temporal que es ni más ni menos por qué funciona o no funciona la máquina del tiempo”, enumera el investigador de la Facultad de Matemáticas, Astronomía y Física de la Universidad Nacional de Córdoba (UNC) y miembro de la Academia Nacional de Ciencias.

Bajo el título “Radiactividad y mecánica cuántica”, el físico Javier Luzuriaga, del Instituto Balseiro, realizó un recorrido por el desarrollo de la radiactividad y su relación con la mecánica cuántica. “Tuvieron muchísima interacción y los temas se cruzaron de manera muy importante”, sostuvo el físico, que recientemente publicó el libro “Átomos, elementos, calor. Breve historia de la materia, el calor y la temperatura”.

En esa línea, Luzuriaga mencionó dos interacciones, la adaptación que propuso Niels Bohr sobre el modelo de átomo de Ernest Rutherford, que planteaba que los electrones se mueven en órbitas circulares alrededor del núcleo de un átomo y que sólo emiten o absorben energía en los saltos de una órbita permitida a otra. Y el efecto túnel, de 1928, el fenómeno por el que, un electrón atraviesa una barrera de potencial, lo cual le estaría prohibido en la física clásica. También hizo mención de varias aplicaciones actuales basadas en los principios de la física cuántica.

Con distintos enfoques, la historia del surgimiento de la mecánica cuántica, esta rama de la física que estudia las leyes de la naturaleza que rigen a escala microscópica, fue el eje de dos de las charlas de este ciclo. El físico Alberto Camjayi, de la Universidad de Buenos Aires (UBA), centró su exposición en la explicación cuatro temas particulares de física cuántica: la dualidad onda partícula, la primera descripción del átomo que hizo Bohr y cuál fue su importancia, la ecuación de Schrödinger y el principio de exclusión.

“La mecánica cuántica surge en un contexto de importantes debates. Surge a partir de un periodo en el cual se venían dando grandes cambios en distintas áreas del conocimiento. También se venían dando grandes cambios en la filosofía, en las ciencias sociales, en el psicoanálisis, en las distintas áreas del pensamiento”, afirmó el físico Federico Holik, de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP), en la charla que brindó de manera presencial en el campus de la UNGS bajo el título “De los electrones a la computación cuántica”.

Integrante y colaborador de grupos de popularización de la ciencia, Holik afirmó que “la mecánica cuántica aparece como una teoría revolucionaria, que describe un nuevo dominio de fenómenos apelando a conceptos extraños a la física previa, e introduce una noción de azar intrínseco a los procesos naturales” y que en la “en la actualidad la mecánica cuántica está en el centro del desarrollo de una amplia gama de tecnologías para la sociedad actual” y que los problemas filosóficos y de interpretación se “entrelazan” con los problemas técnicos.

La física Alejandra Tonina, directora del Departamento de Metrología Cuántica del Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI), comenzó su charla con un recorrido por la historia de la metrología y del Sistema Internacional de unidades, luego explicó cómo podría ser utilizada la mecánica cuántica en el desarrollo de patrones para definir las unidades de medidas.

En ese sentido, en el campus de la UNGS Tonina contó el trabajo que desarrollan en el INTI en relación a la utilización del efecto Hall cuántico, que se utiliza como referencia a nivel mundial para reproducir la unidad de resistencia eléctrica, el ohm, y también sobre los patrones de tensión eléctrica, el volt.

Medicina y mecánica cuántica fue el tema que abordó la física Analía Zwick, investigadora del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología en el Centro Atómico Bariloche. Antes de comenzar su charla, la física celebró la realización de este ciclo de charlas como una iniciativa necesaria para dar impulso al desarrollo de tecnologías cuánticas en el país y para que más ingenieros e ingenieras “se involucren en los desarrollos de tecnologías cuánticas que se vienen”.

Zwick focalizó en los principios de la física cuántica para generar imágenes de resonancia. “Cada imagen tiene un pixel de un tamaño dado y yo quiero extraer información de adentro de ese pixel, es como mirar una estrella con los ojos, pero con telescopio puedo sacar muchísima más información”, explicó la investigadora que trabaja en el desarrollo de técnicas de medición, basadas en la física cuántica, para obtener una mejor resolución en las imágenes de resonancia magnética.

Sobre la mecánica cuántica en general, Zwick aseguró que “la nueva generación de tecnologías va a ser ampliamente disruptiva y se espera que potencien mucha de las tecnologías actuales”, a la vez aseguró que las ponen en riesgo ya que “el impacto será transformador” como ha pasado en las tecnologías de comunicación y en la internet.

Unas semanas más tarde de su charla sobre los principios fundamentales de la mecánica cuántica, Camjayi participó nuevamente como expositor en el marco de este ciclo para hablar sobre un caso en particular, la conducción eléctrica de los metales. “En la cultura popular, la física cuántica generalmente está asociada con ideas muy alejadas de nuestra vida cotidiana, como algo que no tiene que ver con lo que vivimos en nuestro día a día. Sin embargo, la física es una ciencia natural y como tal, tiene que tener alguna relación con el mundo en el que vivimos. En el caso de la física cuántica nos permite explicar las propiedades de los átomos y de las partículas elementales y entender por qué existe la materia, o sea, por qué existe la silla en la que estamos sentados. La mera explicación de la existencia de la materia es uno de los triunfos más grandes de la física cuántica”, afirmó Camjayi.

El cierre del ciclo estuvo a cargo del físico Alberto Rojo, investigador de la Universidad de Oakland, que centró su exposición en los vínculos de la mecánica cuántica y la obra del escritor Jorge Luis Borges.

Autor del libro “Borges y la mecánica cuántica”, Rojo afirmó que Borges es el poeta más citados por los científicos y que uno de sus ejemplos favoritos de “irradiación de la literatura de Borges a la ciencia involucra laberintos”, uno de ellos, es el de la física. Al final de su charla, Rojo observó que en libro “El jardín de senderos que se bifurcan”, Borges “se anticipa a una teoría de la física de un modo pasmosamente literal”.

Un Nobel para la mecánica cuántica
En medio de este ciclo, que en total contó con 8 charlas, se dio a conocer el Premio Nobel de Física 2022 al francés Alain Aspect, al estadounidense John Clauser y al austriaco Anton Zeilinger.

Los tres laureados "han llevado a cabo experimentos innovadores utilizando 'estados cuánticos entrelazados', en los que dos partículas se comportan como una sola unidad, incluso cuando están separadas", explicó la Real Academia de Ciencias de Suecia al anunciar el premio.

Por Comunicación y Prensa UNGS