Un péndulo de Newton puede ser suficiente para estudiar el caos cuántico

Muchas son las ocasiones y como desarrollador puedo dar verdadera fe de ello, en las que para solucionar problemas muy complejos quizá la mejor opción pasa por comenzar de una manera muy simple. En esta ocasión quiero que hablemos de todos los grandes misterios que rodean a la física cuántica y cómo, con la indispensable ayuda de un péndulo de Newton, un grupo de investigadores de la Universidad de Stanford ha conseguido dar solución a muchos de ellos.

Entrando un poco más en detalle, quizá lo mejor para entender el por qué de utilizar un péndulo de Newton, en algunas zonas denominado también como cuna de Newton, es precisamente conocer qué es este mecanismo. De un modo mucho más rápido, hablamos del objeto que puedes ver en la fotografía situada justo en la cabecera de esta entrada, misma en la que se puede ver un instrumento en cuyo centro se encuentran una serie de bolas perfectamente alineadas y equilibradas que se golpean unas a otras durante un largo período de tiempo.


El péndulo de Newton explica perfectamente cómo funciona el momento y la energía de una forma muy simple

Como detalle, comentarte que este péndulo de Newton es una de las herramientas más interesantes a la hora de explicar cómo funciona el momento y la energía. Lejos de todo esto, parece que un grupo de investigadores ha conseguido utilizarlo para, además, conseguir estudiar y entender diferentes sistemas cuánticos.

Para llevar a cabo esta labor, el grupo de investigadores que ha desarrollado este proyecto ni mucho menos ha utilizado un péndulo de Newton a escala real, sino que uno de los primeros pasos que han dado pasó por construir una versión mucho más reducida, tanto como el hecho de utilizar una escala cuántica. Una vez construido les permitió estudiar el proceso de termalización, es decir, la forma en la que el movimiento caótico de las partículas cuánticas finalmente conduce a un equilibrio térmico estable.

Para entender un poco mejor todo este trabajo y el por qué de su realización me gustaría ponerte un ejemplo muy básico. Todo estamos muy familiarizados con la termalización de la física clásica, si no conoces este término comentarte que es el proceso en el que por ejemplo, si mezclamos leche fría y café caliente todo el líquido resultante adquiere una temperatura final uniforme. El problema que hay que resolver es precisamente el cómo, por qué y cuándo funciona este principio en el ámbito cuántico.

Benjamin Lev y su equipo han conseguido desarrollar un hipótesis que explica qué sucede durante el equilibrio térmico a nivel cuántico

Estas preguntas han sido precisamente las que se han podido responder gracias al uso de un péndulo de Newton a escala cuántica. Como detalle, comentarte que ni mucho menos han creado una herramienta como tal ya que no existían bolas colocadas de cuerdas sino que se han utilizado grupos de átomos enfriados hasta rozar los cero grados para cargarlos con una serie de tubos láser que posteriormente fueron activados por haces de láser muy concentrados.

Como detalle, comentarte que este tipo de enfoque ya ha sido utilizado en otras ocasiones ofreciendo unos resultados quizá no tan llamativos. En esta ocasión los investigadores decidieron utilizar átomos fuertemente magnetizados para así conseguir ajustar con mayor precisión cómo afectan los cambios de unos átomos a sus vecinos. El experimento reveló dos pasos distintos y exponenciales para conseguir el equilibrio térmico, lo que finalmente ha permitido a los científicos desarrollar una nueva hipótesis sobre todo lo que sucede a nivel cuántico.

Tal y como ha comentado Benjamin Lev, investigador principal encargado del desarrollo del proyecto y profesor en la Universidad de Stanford (California):

Esto significa que podemos tener una teoría muy general y simple sobre lo complicados que pueden llegar a ser los sistemas cuánticos como este. Esto es hermoso porque te permite traducir todo lo que ocurre en este sistema a otros.

Si queremos ser capaces de crear dispositivos que sean robustos y útiles, debemos comprender cómo los sistemas cuánticos se comportan fuera de equilibrio a un nivel tan fundamental como lo entendemos por los clásicos sistemas.

Más información: Physical Review X

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