(Extracto de la conferencia sobre física cuántica que Félix Llorente de Andrés llevó a cabo el día 27 de noviembre de 2017)
Física Cuántica ¿Eso qué es?
La Física Cuántica es una formulación matemática que explica fenómenos físicos.
Para comprender el mundo cuántico, necesitamos desaprender y desconectar de la intuición clásica, que nos sirve bien en el mundo macroscópico pero que es eminentemente inútil en el mundo atómico y subatómico; para ello debemos abandonar nuestra intuición clásica. Aunque la teoría funciona para proporcionar predicciones precisas de los fenómenos en las escalas subatómicas, no hay una comprensión real de por qué funciona así que nuestro objetivo es mostrar la forma en que funciona su estructura teórica para proporcionar predicciones del mundo real atómico y subatómico.
¡Cuán parecido, en usar la imaginación, como cuando leemos “Alicia en el país de las maravillas”! Entonces, al igual que Alicia, comprenderemos los cambios las transformaciones y los fenómenos cuánticos como Alicia sus cambios en el tamaño. Es una manera de entender (¿) esas “cosas” del mundo subatómico, del mundo cuántico, desafían toda la lógica de nuestro mundo macroscópico: partículas que pueden atravesar paredes, aparecer de la nada y desaparecer, quedar enredadas y elegir comportarse como ondas o cómo partículas.
El primer encuentro es con la radiación de un cuerpo. Éste, calentado a una cierta temperatura no emite una cantidad infinita de energía cómo diría la teoría clásica sino que, según Planck, la energía solo adquiere valores de un conjunto, no cualquier valor de suerte que la energía es proporcional a una frecuencia a través de una constante; es decir se manifiesta en forma de “paquetes” o sea de cuantos de ahí la denominación “Cuántica”.
La cuantificación básicamente significa que, en lugar de ser continua, cosas como la radiación Electromagnética, solo pueden existir en múltiplos de ciertos valores. Es un poco como tener un tubo de
Lacasitos El tubo entero representa un rayo de luz. Dentro hay un número entero de Lacasitos . Se puede dividir el tubo, para que pueda tener menos Lacasitos , o tomar otro tubo y tener más Lacasitos pero siempre tendremos un número entero de Lacasitos.
Si esto es así e la radiación Electromagnética ¿por qué no en la distribuciones de los electrones en un átomo? Los electrones están circulando en órbitas alrededor del núcleo pero no en órbitas cualesquiera sino en aquellas cuyo nivel de energía se corresponda con un número entero de veces su nivel de energía.¿Qué pasa si transmito mediante luz, y mucho tiempo, a una superficie de un metal? Pues si la luz tiene la misma energía que la que necesita un electrón para salir de su órbita entonces el electrón saltará a otra órbita e incluso podría abandonar el átomo. Pero ….Lo mismo da poca o mucha intensidad el electrón saltará o saldrá disparado si coinciden sendas energías. En esto está basado el efecto fotoeléctrico.
Parece pues claro que las ondas pueden comportarse como partículas ¿Podrían las partículas comportarse como ondas? Pues sí, existen ondas de materia correspondiente a cada partícula; esa longitud de onda sería inversamente proporcional al momento (cantidad de movimiento) de la partícula. Así onda ypartícula se enlazan a través de su doble comportamiento.
Para articular una forma de integrar ambas naturalezas se formuló una ecuación que describía el comportamiento de estas ondas de materia siendo el cuadrado de amplitud de estas ondas la correspondiente probabilidad de encontrar la partícula asociada en una región localizada.
Todos estos desarrollos descritos llevaron al establecimiento de la Física Cuántica como una teoría científica bien fundada en el experimento físico y el formalismo matemático.
La solución a la ecuación mencionada aportó otra característica de la Física Cuántica: el principio de incertidumbre. Este principio afirma que cuánta con más precisión se determine la posición de una partícula con menor precisión se conocerá su velocidad y viceversa.
Gracias a estos avances se pudo investigar la estructura más íntima de la partículas que formaban el núcleo descubriendo que además del protón y del neutrón había otra partículas que hacían posible que se sostuvieran pegados en el núcleo, a las que se llamó gluones pero que éstas tendrían que actuar sobre otras más pequeñas aún a las que se llamó quark. Es decir se siguió buscando hasta en las entrañas de las entrañas de suerte que hasta el día hoy (incluyendo la “partícula de Dios” y el gravitón) se han detectado 18 partículas que predice la Física Cuántica…….con sus antipartículas. Para detectarlas, se hace chocar un haz de unos cuantos millones de partículas contra otro haz de otros tantos millones de partículas. Se ven las trayectorias que siguen las partículas resultantes. Se aplican ecuaciones de Física Cuántica (son partículas subatómicas ) y Física Relativista (van a velocidad próxima a la de la luz) y se van identificando las partículas analizando una cantidad ingente de trayectorias.
Para finalizar unas palabras sobre la teoría de cuerdas que es, en realidad, un modelo matemático que busca encontrar la teoría unificada o una única explicación para las cuatro fuerzas de la naturaleza: electromagnética, la nuclear fuerte, la nuclear débil y la gravedad.
Félix Llorente de Andrés, astrofísico y coordinador de la sección de ciencia y tecnología del Ateneo de Almagro.