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Cincuenta milisegundos en la vida del gato de Schrödinger

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“Nunca podemos experimentar con electrones aislados, ni con átomos ni pequeñas moléculas. Lo hacemos con nuestros pensamientos, pero esto siempre tiene consecuencias ridículas”. Estos eran los lamentos de Erwin Schrödinger en 1952, el conocido físico que creó la metáfora del gato suspendido entre la vida y la muerte para explicar la superposición cuántica, esa rara propiedad que permite a un objeto existir en más de un estado a la vez.

Actualmente las cosas no son como en el tiempo de Schrödinger. Los científicos de hoy ya pueden manipular átomos y partículas individuales, y no sólo eso, también es posible reproducir algunos instantes de la vida del gato más famoso de la ciencia: el gato de Schrödinger.

El-premio-nobel-Serge-Haroche-habla-de-fisica-cuantica-en-Madrid_image800_Esto es lo que ha logrado hacer el ganador del premio Nobel de física Serge Haroche. Su película llamada «Cincuenta milisegundos en la vida de un gato de Schrödinger», ha sido presentada en una conferencia impartida en el Institut Français. A pesar de su nombre, la película en verdad dura 25 segundos (está en «cámara lenta»), y en verdad el protagonista no es el gato (lo sé, les maté la ilusión 🙁 ), sino un puñado de fotones que actúan en su papel de onda (no en el de partícula). Para seguir matando las ilusiones, la película en realidad es una animación que muestra el movimiento de una gráfica en 3D (siento haber jugado con sus sentimientos, queridos lectores).

Según explica Haroche, «en esta función observamos dos peaks máximos a los lados que equivalen a los estados clásicos del ‘gato vivo’ y el ‘gato muerto’, pero en medio hay otras zonas positivas –rojizas– y peaks negativos –azulados–, que corresponden a las señales de interferencia que describen la coherencia cuántica del gato” (¿les quedó claro?).

El fenómeno en cuestión se visualiza en la mitad de la película, cuando los peaks centrales desaparecen. Se pierde la coherencia cuántica y sólo quedan los dos peaks correspondientes a los estados clásicos del gato.

“La decoherencia es el fenómeno que destruye la coherencia cuántica y está ligado a la interacción del sistema con su entorno”, explica Haroche a Sinc. “El gato deja de estar vivo y muerto a la vez, deja de ser coherente cuando interactúa con el medio, que puede ser el aire, los fotones u otras partículas. Se produce una pérdida de información y el sistema se ve forzado a elegir entre una de las dos alternativas”.

Les dejamos el video a continuación:

Fuente y más información: Agencia Sinc

 

Un paso más cerca de la fusión nuclear como fuente de energía

Envoltura metálica llamada hohlraum contiene la cápsula de combustible para los experimentos del  National Ignition Facility (NIF). Imagen cortesía del NNLN
La envoltura metálica, llamada hohlraum, contiene la cápsula de combustible para los experimentos del National Ignition Facility (NIF). Imagen cortesía del NNLN 

El 12 de febrero fue publicado en la revista Nature un importante artículo titulado «Fuel gain exceeding unity in an inertially confined fusion implosion» («Ganancia de combustible superior a la unidad en una implosión de fusión inercial confinada» ), de gran importancia en la búsqueda de nuevas formas de generación de energía y un avance en el estudio de la fusión nuclear en laboratorio. Pero, ¿qué significa esto?… para explicarlo debemos responder una pregunta aún más fundamental: ¿qué es la fusión?

 

 

Luego de este maravilloso video (sí, lo hice yo) ya comprendemos mejor qué es la fusión. La fusión nuclear representa una fuente de energía libre de contaminación y prácticamente inagotable; el deuterio (hidrógeno-2) necesario como «combustible» para la reacción puede ser extraído del agua de mar y los desechos producidos son el helio-3 o el helio-4… y mucha energía. Para lograr reproducir este fenómeno en un laboratorio, se necesita recrear ciertas condiciones extremas de presión y temperatura. En el caso ideal, la reacción produciría cientos de veces la cantidad de energía que se invierte en el proceso. Pero aún estamos lejos de ese «caso ideal«.

Entonces, ¿cuál fue el gran avance anunciado en el artículo?
Un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) de California, ha logrado por primera vez que la cantidad de energía producida en una fusión nuclear de laboratorio sea superior a la energía absorbida en el proceso. Esto significa un gran avance hacia la explotación de la fusión nuclear como fuente de energía no contaminante, ya que no tiene los riesgos de la fisión nuclear y no daña al medio ambiente.

En este experimento, realizado en octubre de 2013, se utiliza hidrógeno como principal «ingrediente«. Además, un láser de alta potencia aumenta su temperatura, mientras los átomos de hidrógeno son comprimidos al punto de fusionarse para formar helio y, como resultado, generar energía. Pero controlar la fusión es inmensamente difícil, ya que el plasma generado alcanza temperaturas de millones de grados.

A pesar de este gran avance, según Nature la energía de fusión aún es un objetivo lejano.  El autor principal del artículo, Omar Hurricane,  explica que la ganancia total del proceso, es decir, la energía de fusión obtenida dividida por la energía del láser utilizada, es sólo de un 1%.

Para más información, revisar las fuentes y de paso les dejo otro video (en inglés) de octubre del año pasado, donde se explican algunos de estos avances. Les recomiendo fijarse también en los enlaces disponibles en la descripción del video!

 

 

Fuentes:

Otros links de interés:

La primera imagen de la estructura orbital de un átomo de hidrógeno

 

hidrogeno

Les cuento que la imagen principal de esta nota es la primera observación directa de electrones en el espacio orbital de un átomo, en este caso, la función de onda real de un átomo de hidrógeno. Para obtener esta imagen, los investigadores utilizaron un microscopio cuántico, dispositivo que nos ayuda a divisar fenómenos físicos a escalas microscópicas, algo que décadas atrás era imposible imaginar. Para darnos una idea de la escala a la que funciona este microscopio, recordemos que el electrón se encuentra a una distancia de 5,291 772 0859(36)×10−11 m del núcleo del átomo de hidrógeno (distancia conocida como radio de Bohr).

La estructura orbital es el espacio en un átomo que está ocupado por un electrón. Para poder describir estas propiedades super-microscópicas de la materia, los científicos tienen que depender de las funciones de onda – una manera matemática de describir los estados cuánticos de las partículas. Normalmente, los físicos cuánticos usan fórmulas como la ecuación de Schrödinger para describir estos estados.

El equipo liderado por Stodolna, explica que el microscopio cuántico funciona por un efecto de fotoionización microscópica. Qué es esto? Un electrón externo es expulsado a gran distancia y sin condiciones de confinamiento, en donde la aplicación de un campo eléctrico durante la fotoionización permite confinar el flujo de electrones a lo largo de una coordenada. Ésto permite proyectar las propiedades cuánticas de la función de onda en el mundo macroscópico.

Más info de este experimento en este artículo

exp
Fotoionización microscópica

Fuentes: