Una teoría bizarra

La mecánica cuántica es una de las ramas más nuevas de la física y es la que ha logrado las predicciones experimentales más exactas, a pesar de estar sujeta a las probabilidades. El físico Diego Wisniacki se dedica al estudio del control y el caos cuántico.

La mecánica cuántica es una de las grandes teorías de la Física. Estudia el comportamiento de la materia cuando sus dimensiones son muy pequeñas e intenta explicar fenómenos para los que la física clásica ya no tenía respuestas suficientes. La teoría cuántica se basa en dos pilares fundamentales que sostienen que las partículas intercambian energía en una porción mínima posible, denominada cuanto de energía y que la posición de las partículas no está determinada por un trayectoria sino que está definida por una función que describe la probabilidad de que esa partícula se halle en una posición dada en un instante determinado.

Sin embargo, Diego Wisniacki, doctor en Física, investigador del CONICET y profesor de la Exactas UBA, la define de manera más contundente: “la mecánica cuántica es la teoría más exitosa de la ciencia de los últimos cien años. Explica el comportamiento del mundo microscópico y es absolutamente antiintuitiva y bizarra”.

Estos hechos antiintuitivos de la mecánica cuántica son los que nos dicen que el mundo atómico no se comporta como esperaríamos. La física cuántica no sólo introduce los conceptos de incertidumbre y la famosa dualidad onda-partícula sino que agrega, por ejemplo, la noción del entrelazamiento de partículas. “Si uno tiene dos partículas y las pone en un estado cuántico en el que están entrelazadas, las propiedades de cada una implican cosas sobre la otra, diferentes a las que uno está acostumbrado a ver en el mundo clásico. En otras palabras, en un sistema cuántico conocer el estado total del sistema no supone conocer el estado de sus partes”, ejemplifica el investigador.

Diego Wisniacki y Pablo Poggi.

Wisniacki dirige el Grupo de Caos Cuántico en el Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA. Allí se dedica a estudiar el control y el caos en la mecánica cuántica. Por un lado, el investigador busca establecer procedimientos para regular el comportamiento de sistemas cuánticos, es decir, de aquellos sistemas físicos con propiedades cuánticas, como puede ser un ión, un electrón o una juntura de Josephson (dos superconductores separados por una pequeña región donde la superconductividad está total o parcialmente deprimida). “Con el control cuántico lo que buscamos es que un sistema opere de determinada manera. Por ejemplo, iluminar con un láser un electrón o una trampa de iones para que ese sistema adquiera el estado que uno desee”, explica el investigador. “Hace un tiempo diseñamos un método de control que funcionaba muy bien para sistemas aislados. Pero el problema con los sistemas cuánticos es que muchas veces no son sistemas aislados, y el hecho de no serlo les saca las propiedades cuánticas. Entonces la pregunta principal que tratamos de responder es cómo hacer para que ese método que parecía tan universal y funcionaba en un montón de situaciones, funcione en una situación más realista. Y lo que encontramos es que la mejor manera era hacerlo muy rápido, para que el entorno actúe lo menos posible”, agrega.

La otra línea de trabajo del grupo de Wisniacki es el caos cuántico. “En la mecánica clásica, el caos es una propiedad clara: es la hipersensibilidad a las condiciones iniciales que hace que los sistemas sean impredecibles. El caos es la fundamentación de la termodinámica y de la mecánica estadística. Pero ¿cómo se manifiesta el caos en la mecánica cuántica?”, se pregunta Wisniacki, repitiendo aquella pregunta primordial que dio origen a su investigación.

“Hace unos años probamos qué pasaba si uno perturbaba un sistema cuántico que es clásicamente caótico. En determinado régimen, mostramos que la manera de reaccionar es universal. Todos los sistemas reaccionan de la misma manera. La que yo creo que es la pregunta fundamental, hoy, en el tema de caos cuántico, es cómo juega el caos en los sistemas de muchos cuerpos. Hasta ahora, los desarrollos fueron hechos, mayormente, para sistemas de una partícula”, explica.

Un ejemplo sobre el cual trabajar a partir de este cuestionamiento es el de la termalización y de qué manera juega el caos en este proceso. La termalización es el proceso físico por el cual las partículas de un sistema alcanzan el equilibrio térmico mediante la interacción entre ellas. “La termalización de los sistemas cuando éstos son cuánticos es fundamental y no sólo a nivel teórico. Hoy en día se hacen redes ópticas donde se meten partículas y se las hace interactuar. Se hacen experimentos con muchas partículas y se las termaliza. Ver cómo juega ahí el caos es una pregunta fundamental”, afirma Wisniacki.

Aunque parezca poco probable si tenemos en cuenta la complejidad y la enorme abstracción que parece enmarcar a los conceptos de la mecánica cuántica, existen investigaciones experimentales. “Hacer experimentos de muchos cuerpos es una tecnología que hoy se hace en muchos laboratorios –afirma Wisniacki- Hacer cadenas de iones, por ejemplo, y hacerlas interactuar, iluminando un ion con un láser, es una tecnología que no es corriente pero sí muy usada”.