Los caminos de la física cuántica son inescrutables. En mi opinión 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 esta disciplina: «Si crees que entiendes la física cuántica, 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. El MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) acaba de apuntarse un tanto muy importante.
Los físicos ahora entienden mejor las propiedades cuánticas de los materiales
Un grupo de investigadores del MIT ha conseguido medir con precisión a nivel cuántico la geometría de los electrones en materiales sólidos. Expresado de esta forma no parece gran cosa, pero es un descubrimiento muy relevante. Hasta ahora los físicos habían logrado medir la energía y la velocidad que adquieren estas partículas elementales en materiales cristalinos, pero no su geometría a nivel cuántico. Según Riccardo Comin, profesor de física en el MIT y líder de esta investigación, «este descubrimiento nos permite entender y manipular las propiedades cuánticas de los materiales».
La geometría cuántica permite a los físicos determinar las características geométricas de la función de onda
Antes de seguir adelante nos interesa indagar brevemente en el concepto de ‘geometría cuántica’ para poder entender con cierta precisión de qué estamos hablando. Su propósito es describir la estructura que tiene un sistema cuántico como el conformado, por ejemplo, por la interacción de los electrones en un material sólido. En la práctica este conocimiento sirve para elaborar un mapa que describe la probabilidad de encontrar un electrón en una posición determinada. De forma rigurosa este «mapa» se conoce como función de onda.
No obstante, esto no es todo. La geometría cuántica también permite a los físicos determinar las características geométricas de la función de onda. Esto significa, sencillamente, que con esta información pueden conocer con mucha precisión cómo se comportan los electrones en un material y en qué medida condicionan sus propiedades. La geometría cuántica ayuda a los científicos, en definitiva, a predecir el comportamiento de los materiales y a diseñar nuevos elementos o combinaciones de elementos que pueden ser empleados en aeronáutica, computación cuántica o robótica, entre muchas otras disciplinas.
Riccardo Comin asegura que «en esencia lo que hemos hecho es desarrollar un plan para obtener una información completamente nueva [acerca de los materiales] que hasta ahora no se podía recabar». Y Mingu Kang, otro de los físicos que han firmado el artículo publicado en Nature Physics, añade que «este conocimiento puede aplicarse a cualquier tipo de material cuántico«. La técnica que han utilizado estos científicos para desarrollar su estrategia se conoce como espectroscopía de fotoemisión resuelta en ángulo. A grandes rasgos es un procedimiento experimental que sirve para estudiar la estructura electrónica de los materiales de una forma minuciosa y conocer sus propiedades fundamentales.
Imagen | Generada por Xataka con IA
Más información | Nature Physics
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La noticia
Hito en física cuántica: el MIT ha medido por primera vez la geometría de los electrones en el mundo cuántico
fue publicada originalmente en
Xataka
por
Juan Carlos López
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