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El mundo cuántico a escala natural

Dedicamos un post más al resumen del reportaje de La Recherche. Nos referimos ahora al artículo de dicho reportaje destinado a resumir las investigaciones actuales sobre la prevalencia de las leyes cuánticas en el mundo de la realidad macroscópica en el que el hombre habita. Las investigaciones que se recogen en dicho artículo y los experimentos que se mencionan permiten ser optimistas sobre la existencia de lo cuántico en nuestro mundo a “escala natural”. Asimismo hay grandes esperanzas de encontrar pronto pruebas claras de las ondas gravitacionales. Las investigaciones sobre uno y otro tema están interrelacionadas como cabía esperar. Ambas contribuirán a la formulación de una “ley general del todo”.

(Continuación)

En el reportaje de La Recherche se habla también de las investigaciones directas sobre los púlsars llamados “ultraestables” descubiertos hace veinte años. Como se dice en el artículo de Minet, la observación de varias decenas de estos púlsars, que son extremadamente regulares, a lo largo de grandes periodos de tiempo, permitirá distinguir minúsculas variaciones de las distancias entre los impulsos de ondas sucesivas. Esto último será una demostración de la deformación del espacio-tiempo debido al paso de una onda gravitacional.

En cuanto a la teoría cuántica a “nuestra escala” es el científico del CNRS francés, Samuel Deléglise, el que nos informa de los avances en las investigaciones, en los instrumentos empleados y en los métodos de investigación. Considera que después de años tratando de ver cómo las leyes cuánticas se manifiestan en el mundo a escala del hombre, por decirlo de alguna manera, en la actualidad se comienza a recoger los frutos gracias a la utilización de objetos llamados “sistemas optomecánicos” en los cuales se utiliza la fuerza que ejerce la luz sobre la materia. Para ello es necesario enfriar dichos sistemas hasta temperaturas tan bajas que la agitación térmica de las partículas subatómicas se hace muy débil y sus oscilaciones pueden compararse con las oscilaciones cuánticas. El gran problema parece ser que a la temperatura ambiente, es decir en el mundo a nuestra escala, las oscilaciones térmicas de las partículas son tan fuertes que las cuánticas son imperceptibles en relación con ellas.

Se explica lo que se llama “cavidad optomecánica” inventada al final de los años 70 por el ruso Vladimir Braginsky y que constituyó un cambio radical en lo que entonces se pensaba que podía hacer la luz. De acuerdo con este científico la luz no puede ser utilizada sólo para medir el movimiento mecánico de objetos macroscópicos, sino también para controlar y amortizar los movimientos aleatorios de un espejo.

Se hace referencia también a las investigaciones simultáneas en aquella época de Carlton Calves en el Caltech californiano en relación con la fuerza que ejerce la luz de un láser sobre un espejo móvil, al cual mueve ligeramente. Dentro de esos sistemas de cavidad optomecánica se produce lo que se llama la “cavidad óptica” situada entre dos espejos (uno fijo y otro móvil) en la que se acumula la luz, lo que permite estudiar la fuerza de presión que ejerce la luz sobre el espejo móvil.

Se mencionan asimismo los trabajos del equipo de Antoine Heidman del laboratorio Kastler- Brossel de París en 1999 relacionados con la observación de la ínfima agitación browniana de un mini-espejo debido a sus oscilaciones térmicas.

Otros trabajos como los de Ray Simmonds y Konrad Lehnert en la Universidad de Colorado utilizando métodos criogénicos tradicionales para el enfriamiento de los “sistemas optomecánicos” y los del grupo de Oskar Painter en el Caltech, son citados también.

Se explican incluso los resultados de los trabajos de investigación del equipo de Tobias Kippenberg de la Escuela Politécnica Federal de la Universidad de Laussanne a principios del presente año que deben considerarse como un paso suplementario en la búsqueda de la realidad cuántica en el mundo macroscópico. Este equipo ha conseguido intercambiar por primera vez un cuanto de energía entre la luz y el sistema mecánico dentro del sistema optomecánico utilizado para sus experimentos.

Previamente se hace referencia a trabajos alternativos (en los que no se utilizan sistemas optomecánicos) tales como los realizados en 2010 por un equipo de la Universidad de Santa Bárbara en California, en los que se creó un régimen cuántico utilizando un microresonador piezoeléctrico de frecuencia muy elevada y temperatura muy fría pero ciertamente menor que la necesitada en los sistemas optomecánicos y accesible además por medios criogénicos. Tal como se explica en el mismo artículo de Samuel Deléglise, citado anteriormente, el resonador se acopla, gracias al efecto piezoeléctrico, a un circuito eléctrico especial llamado “supraconductor qubit” y es en este sistema en el que los investigadores de este equipo observaron el intercambio de un cuanto único de energía entre las dos partes de la instalación.

Tras explicar los trabajos de otros equipos de investigación de Europa y de los Estados Unidos, Delleglise concluye que el objetivo de los científicos para los próximos años es el de rastrear las desviaciones de la leyes físicas normales producidas por la física cuántica y realizar experimentos que permitan demostrar simultáneamente la gravitación y la mecánica cuántica.

(Continúa en el post siguiente)

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Doctor Ingeniero del ICAI y Catedrático de Economía Aplicada, Adolfo Castilla es también Licenciado en Económicas por la Universidad Autónoma de Madrid, Licenciado en Informática por la Universidad Politécnica de Madrid, MBA por Wharton School, Master en Ingeniería de Sistemas e Investigación Operativa por Moore School (Universidad de Pennsylvania). En la actualidad es asimismo Presidente de AESPLAN, Presidente del Capítulo Español de la World Future Society, Miembro del Alto Consejo Consultivo del Instituto de la Ingeniería de España, Profesor de Dirección Estratégica de la Empresa en CEPADE y en la Universidad Antonio de Nebrija.
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