Una institución científica de la talla del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) no puede permitirse mantenerse al margen de los últimos hallazgos en mecánica cuántica. Lo reconoció sin tapujos Fabiola Gianotti, la directora general de esta organización, durante la presentación el pasado mes de junio de la iniciativa QTI (Quantum Technology Initiative).
La puesta en marcha de este plan es toda una declaración de intenciones: el CERN va a utilizar su arsenal tecnológico y sus recursos humanos para no quedarse fuera de la «segunda revolución cuántica». Y, además, ya tiene en mente algunos de los campos en los que piensa aplicar el conocimiento que espera adquirir gracias a este esfuerzo científico. No obstante, su mención a una segunda revolución en mecánica cuántica nos invita a preguntarnos cuándo se produjo la primera revolución cuántica.
La física cuántica nació durante las primeras décadas del siglo XX gracias a los trabajos de gigantes como Max Planck, Albert Einstein, Louis de Broglie o Erwin Schrödinger, entre otros grandes científicos
La física cuántica nació durante las primeras décadas del siglo XX gracias a los trabajos de gigantes como Max Planck, Albert Einstein, Louis de Broglie o Erwin Schrödinger, entre otros grandes científicos. Sus descubrimientos han hecho posibles de forma directa o indirecta muchas de las innovaciones con las que todos estamos familiarizados, como el láser, el circuito integrado o la navegación por satélite. Esta fue, precisamente, la primera revolución cuántica.
El CERN ya planea cómo va a utilizar este conocimiento
Antes de seguir adelante, un apunte interesante: la máquina que podéis ver en la fotografía de portada de este artículo es un dispositivo diseñado por los investigadores del CERN para atrapar partículas de antimateria. Además de esta sorprendente utilidad, la trampa AEgIS 1T, que es como se llama este ingenio, participa en un experimento que persigue explorar el entrelazamiento natural de los fotones a partir de la aniquilación de los positrones.
La antimateria no es más que una forma de materia constituida por antipartículas, que son partículas con la misma masa y espín que las partículas con las que estamos familiarizados, pero con carga eléctrica opuesta. Es una idea algo enrevesada, pero podemos ilustrarla fácilmente si nos fijamos en que la antipartícula del electrón es, precisamente, la partícula que hemos mencionado en el párrafo anterior: el positrón.
La computación cuántica es una de las disciplinas que posiblemente se beneficiarán del conocimiento que obtendremos gracias a una mejor comprensión de los fenómenos cuánticos.
Un positrón es esencialmente idéntico a un electrón porque tiene su misma masa y espín, pero su carga eléctrica es positiva. De esta forma el positrón, también conocido como antielectrón, es la antipartícula del electrón; pero, al mismo tiempo, el electrón es la antipartícula del positrón. A la materia que está constituida por antipartículas la llamamos antimateria, y tiene una propiedad sorprendente: cuando entra en contacto directo con la materia ambas se aniquilan, liberando una gran cantidad de energía bajo la forma de fotones de alta energía, así como otros posibles pares partícula-antipartícula.
La trampa de antimateria AEgIS 1T participa en un experimento que pretende ayudarnos a entender mejor cómo funciona uno de los fenómenos cuánticos más sorprendentes: el entrelazamiento
Como hemos visto unas líneas más arriba, la trampa de antimateria AEgIS 1T participa en un experimento que pretende ayudarnos a entender mejor cómo funciona uno de los fenómenos cuánticos más sorprendentes: el entrelazamiento. Este efecto no tiene un equivalente en la física clásica, y, sin entrar en detalles complicados, provoca que cuando dos partículas, objetos o sistemas están entrelazados, si medimos las propiedades físicas de uno de ellos estaremos condicionando instantáneamente las propiedades físicas del otro objeto con el que está entrelazado. Incluso aunque esté en la otra punta del Universo.
Entender mejor los principios de la mecánica cuántica, como el entrelazamiento del que acabamos de hablar, o la superposición, puede ayudarnos a desarrollar nuevas tecnologías de la misma forma en que nuestros aún limitados conocimientos de esta rama de la física ya lo han hecho. La trampa de antimateria de la que acabamos de hablar no es el único ingenio con el que cuenta el CERN para investigar los fenómenos cuánticos. De hecho, sus responsables han confirmado que la iniciativa QTI desarrolla otros experimentos tan sorprendentes como este.
En cualquier caso ¿en qué campos podremos utilizar el conocimiento que la humanidad espera obtener gracias a este esfuerzo científico? No es fácil preverlo porque las aplicaciones suelen aparecer de forma imprevista, y a veces mucho tiempo después de un hallazgo, pero los investigadores del CERN creen que una mejor comprensión de los fenómenos cuánticos marcará la diferencia en ámbitos tan dispares como son la física de alta energía, la computación cuántica, los detectores ultrasensibles utilizados para medir ondas gravitacionales o las telecomunicaciones, entre otros campos.
Imagen de portada | CERN (Brice, Maximilien)
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