El ciclo pretende complementar el curso académico de la "Universitat dels Majors", que arrancó el pasado octubre de 2012. Esta conferencia, titulada "El mundo cuántico", correrá a cargo de Armando Pérez Cañellas, catedrático del departamento de Física Teórica de la Universitat de València.

Esta conferencia forma parte del ciclo que el Vicerrectorado de Participación y Proyección Territorial oferta a los 140 alumnos de la Universitat dels Majors de Ontinyent y de la Vall d'Albaida. Los estudiantes disfrutan de una ponencia al mes como complemento del curso académico que empezó el pasado mes de octubre. Esta iniciativa surge por la apuesta del Ayuntamiento de Ontinyent, con el apoyo de la Universitat de València, por la formación a lo largo de la vida y el envejecimiento activo. El programa está dirigido a personas de 50 años o más, residentes de la ciudad de Ontinyent, la comarca u otros espacios colindantes, que tengan inquietud por aprender y motivación por el conocimiento.

CICLO DE CONFERENCIAS
UNIVERSITAT DELS MAJORS

EL MUNDO CUÀNTICO

ARMANDO PÉREZ CAÑELLAS

Catedrático del departamento de Física Teórica de la Universitat de València
25 ABRIL 2013

En los últimos años, la Mecánica Cuántica ha experimentado otra revolución con la expectativa de construir un ordenador cuántico, siguiendo las ideas, entre otras, de Ignacio Cirac (físico español que trabaja en el instituto de Óptica Cuántica a Garching (Alemania) y de Peter Zoller, investigador de la universidad de Insbruck (Austria). Un ordenador cuántico utiliza propiedades particulares de la mecánica cuántica, como por ejemplo el entrelazamiento, según la cual dos partículas pueden formar un estado en el cual cada una de ellas no tiene una entidad propia, de forma que las medidas sobre una de ellas alteran el estado de la otra, no importa lo lejos que estén. Algunos prototipos de estos ordenadores utilizan, por ejemplo, iones en trampas electromagnéticas (figura), superconductores, redes ópticas, etc...

Estas ideas han causado una gran agitación, y con el grado de precisión con el cual podemos manipular los constituyentes cuánticos, como se pone de manifiesto con la concesión del último Nobel de Física a Serge Haroche y David Wineland, por sus investigaciones con fotones e iones, respectivamente. Al mismo tiempo, se hacen experimentos sobre teleportación, criptografía cuántica (ya en fase comercial!), que permite enviar mensajes de forma segura, y otros aspectos. La nueva teoría que incluye todos estos temas se denomina Información Cuántica. La construcción en un futuro de un ordenador cuántico supondría una revolución, puesto que podría efectuar cálculos a una velocidad impensable hoy en día.

Los fenómenos cuánticos nos sorprenden y chocan con nuestra intuición. A pesar de su éxito, muchos aspectos de la teoría cuántica han dejado y continúan dejando perplejas a muchos científicos. Cómo decía el famoso físico Richard Feynman, "si piensas que has entendido la Mecánica Cuántica, es que no has entendido la Mecánica Cuántica". El objetivo de esta charla es presentar, de una manera asequible al público, los aspectos más fundamentales de la mecánica cuántica, y el impacto que ha tenido sobre el desarrollo de la Ciencia y nuestra vida cotidiana.

La Mecánica Cuántica describe el comportamiento de la luz y la materia a escala atómica y subatómica. Se aplica para entender las interacciones entre partículas en situaciones muy diversas: átomos, física de semiconductores, núcleos atómicos, moléculas, óptica cuántica, etc. Se trata de una teoría que ha demostrado su validez en multitud de fenómenos, no habiéndose detectado ninguna desviación experimental respecto de sus predicciones teóricas. Algunas estimaciones afirman que en países como por ejemplo los Estados Unidos, un 30% de su economía está ligada de alguna manera con la mecánica cuántica.

Podemos decir que la verdadera historia de la mecánica cuántica se inicia en 1900, cuando Max Planck postula una explicación para el problema de la radiación del cuerpo negro, que presentaba una discrepancia notable frente a las predicciones de la teoría clásica. La explicación de Planck introduce una nueva constante de la Natura (pequeña, pero no cero) y la hipótesis de que las energías cuánticas no forman uno continúo, sino que aparecen en forma de "bots", separadas entre sí de una manera relacionada con esta constante. El hecho de que esta constante es tan pequeña explica por qué los "bots" cuánticos no se observan en el mundo macroscópico.

En 1905, Einstein utiliza esta idea para explicar otro efecto: el llamado efecto fotoeléctrico, que consiste en el arranque de electrones por la luz. Las propiedades del efecto fotoeléctrico sólo se pueden entender si la luz consiste en paquetes de energía ("fotones"), en lugar de una ola continúa como predice la teoría clásica del electromagnetismo.

A partir de este punto, la teoría cuántica empieza a desarrollarse, a partir de las ideas anteriores y otros, como la hipótesis de Broglie, según la cual las partículas pueden manifestarse como olas. Esta idea fue expresada en forma de ecuación por Erwin Schrödinger, introduciendo el concepto de "función de ola". Max Borne dio la interpretación de esta ecuación, postulando que el cuadrado de la función de ola proporciona la probabilidad de encontrar la partícula en una posición dada. Esta es una idea revolucionaría, puesto que estamos renunciando a la idea de que una partícula se encuentra en una posición muy determinada al espacio, y sólo podemos asociarle una probabilidad de encontrarla en ese punto. De este modo, tenemos que sustituir las órbitas de los electrones en los átomos por el concepto de orbitales, que representan las zonas donde es más probable encontrar al electrón cerca del átomo, como se muestra a la figura.

La nueva teoría se desarrolla rápidamente durante la primera mitad del siglo XX con las aportaciones de, Max Planck, Werner Heisenberg, Louis de Broglie, Arthur Compton, Albert Einstein, Erwin Schrödinger, Max Borne, Niels Bohr, Paul Dirac, Enrico Fermio, Wolfgang Pauli, Max von Laue, Freeman Dyson, David Hilbert, Wilhelm Wien, Satyendra Nath Bose, Arnold Sommerfeld y otros.