Midiendo trabajo en Mecánica Cuántica

Notable experimento en el que participó el Grupo de Información Cuántica y Fundamentos del DF Exactas UBA

-  Por Guillermo Mattei  -

En las últimas semanas la comunidad física mundial asistió a un bello e impactante maridaje teoría-experimento. La esencia misma de la creación de conocimiento en Física. A mayor sofisticación del corpus teórico, mayor impactan sus contrapartes experimentales.

Hoy la revista Nature Communications publica “Using a quantum work meter to test nonequilibrium fluctuation theorems” de los autores Federico Cerisola, Augusto Roncaglia y Juan Pablo Paz (IFIBA-Exactas UBA-CONICET), junto a colaboradores de la Universidad Ben Gurión (Israel). Ciertamente se trata de otro notable doble juego teoría-experimento.

Federico Cerisola, becario doctoral (CONICET) del Grupo de Información Cuántica y Fundamentos del DF Exactas UBA lo explica: “Nuestro eje de trabajo es el concepto de trabajo en termodinámica de sistemas cuánticos”. Una tarea nada sencilla, al menos vista desde la termodinámica clásica. Cerisola continúa: “La manera que se usa para cuantificar el trabajo en sistemas aislados se basa en medir energías a dos tiempos diferentes”. Sin embargo, las perturbaciones que se introducen en este tipo de abordajes son difíciles de controlar. “Nosotros hicimos la propuesta teórica de una sóla medida al final del proceso pero acoplándole, al sistema bajo estudio, otro auxiliar que hace las veces de registro de las variaciones de energía”, indica Cerisola.

En ese punto es cuando el doble juego teoría-experimento hace su aparición: el Grupo de Información Cuántica y Fundamentos se conecta con un grupo experimental de la Universidad Ben Gurión para el cual adaptan -en el trabajo que hoy se publica- su manera teórica de hacer el experimento en función de los recursos operativos del laboratorio, fundamentalmente apto para la manipulación de condensados de Bose-Einstein. “Lo que tiene de bueno este experimento es que permite hacer decenas de miles de mediciones independientes en simultáneo. O sea, una foto de la distribución de probabilidad del trabajo”, remarca Cerisola. La medición del trabajo resultante de este experimento posee la característica novedosa de ser muy directa comparada con las estrategias usuales de reconstrucción de la medida.

¿El futuro? “Todo esto lo hacemos para chequear unos teoremas muy trascendentes llamados de fluctuación que conectan la termodinámica del equilibrio con la del desequilibrio. Luego, lo que pretendemos ahora es extender estos estudios a los casos donde se introduce ruido, por un lado, y coherencia por otro”, concluye Cerisola.  

Los invitamos a leer también la nota en Nexciencia

“Using a quantum work meter to test nonequilibrium fluctuation theorems” 

DOI: 10.1038/s41467-017-01308-7

Conversaciones con Silvina Ponce Dawson

- Por Lis Tous -

La investigadora del DF, Silvina Ponce Dawson fue elegida recientemente como una de los varios vicepresidentes de la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada (IUPAP) por su trabajo de casi dos décadas en temas de género en ciencias. Ahora formará parte de la comisión directiva de esta asociación mundial de físicos que agrupa 56 países. Es investigadora principal en el Instituto de Física de Buenos Aires de UBA-CONICET y ha estado trabajando paralelamente en proyectos sociales para aumentar las posibilidades de crecimiento de las mujeres en sus carreras científicas. “Principalmente en la IUPAP  buscamos realizar acciones en países en vías de desarrollo, donde los problemas de género forman parte de un contexto más amplio de desigualdades”, aclara la investigadora.

En este momento está trabajando fuertemente en un proyecto financiado por el Consejo Internacional para la Ciencias (ICSU por sus siglas en inglés), particularmente en el diseño de una encuesta global conjunta, en un estudio bibliográfico de patrones de publicación y en la compilación de listas de buenas prácticas para ayudar a una mayor equidad de género en ciencia. Este esfuerzo permitirá conocer los datos sobre participación de mujeres en una gran variedad de disciplinas científicas. Según puede leerse en el proyecto Un enfoque global para la brecha de género en las ciencias naturales y matemáticas: ¿cómo medirla, cómo reducirla? los datos actuales son dispersos, están desactualizados y resultan inconsistentes en todas las regiones y campos de investigación.

Conferencia internacional de mujeres en física, Inglaterra, julio 2017.

¿Cómo llega este nombramiento en la IUPAP?

Mi primera participación fue representando a Argentina, junto a Karen Hallberg de Bariloche, en la Primera Conferencia Internacional de Mujeres Físicas que tuvo lugar en París en 2002. Esta Conferencia fue organizada por el Grupo de Trabajo de Mujeres Físicas creado por la IUPAP durante su asamblea de 1999. , En ese momento comenzó una intensa tarea para mejorar la situación de las mujeres físicas en el mundo y también para incrementar la cantidad de investigadoras.  A esa primera conferencia  llevé datos sobre la  situación en nuestro país y noté que había problemas en los que nunca había reparado. Desde ese momento me han llamado la atención varias cosas, cada vez me fui involucrando más con las tareas del grupo. En 2007 pasé a ser miembro del grupo como representante latinoamericana, luego su presidenta entre 2011 y 2014 y hasta ahora continué trabajando como presidenta saliente. Este año el presidente, ahora saliente, de la IUPAP  me propuso ser vicepresidenta de esta organización ocupando además el rol de “Gender Champion” cuya función es velar por la aplicación de las políticas que tiendan a una mayor equidad de género en el ámbito de la organización y articular acciones con el  grupo de trabajo de mujeres físicas para que se expandan a todos los países.

¿Y en Argentina?

Bueno, en la UBA se han implementado algunas acciones, la Facultad de Exactas formó el grupo GenEx. Es una temática que se está incorporando en la vida diaria de las instituciones, y me parece muy importante porque una de las cosas que nosotros vemos más allá del tema de la violencia es la invisibilización de las mujeres que hacen ciencia. Aunque no siempre se percibe, hay sesgos, ocurre que no se las invita a dar charlas, o no se las tiene tanto en cuenta como a los hombres. Considero que son temas para discutir y trabajar.

¿Qué dificultades identifican en un contexto específico de mujeres que hacen ciencia?

En nuestras carreras se está sometido constantemente a la evaluación, debemos demostrar constantemente que nuestro trabajo es de interés al menos para la comunidad científica, publicar en revistas que sean buenas lo que está sometido a la revisión de los pares, otros impactos, transferencias, charlas invitadas en conferencias o instituciones de prestigio.. Todo esto se tiene en cuenta a la hora de ocupar una posición en la carrera de investigador científico. La visibilidad de tu trabajo, la tasa a la que producís son aspectos importantes pero también el impacto dentro de la comunidad científica si hacés ciencia básica. Una dificultad que surge para poder avanzar exitosamente en este tipo de carreras es la de compatibilizar la vida familiar y la profesional, ya que la crianza de los hijos influye en esa tasa de producción, en las oportunidades para viajar y, en definitiva, en visibilizar la investigación. Por ejemplo, el tema de los límites de edad que establecía el CONICET para el ingreso a la Carrera del Investigador o para la presentación a becas afectaba más a las mujeres que a los hombres ya que las mujeres tienen hijos en etapas más tempranas a lo largo de su carrera académica. El CONICET lo fue teniendo en cuenta incluyendo cambios en los límites dependiendo del número de hijos. Ahora el Congreso anuló los límites de edad. Pero más allá de los problemas asociados a compatibilizar vida familiar y carrera, las causas de la “invisibilidad” de las mujeres científicas se relacionan con muchos otros aspectos.

¿Han podido establecer otras causas?

En Argentina, por ejemplo, somos una comunidad pequeña de personas haciendo ciencia y resulta muy importante pasar algún tiempo en centros de investigación fuera del país, no solo para aprender nuevas formas de abordar los problemas sino también por la cuestión social de la ciencia, para  relacionarse con investigadores de otros lugares, para establecer la red de contactos que es sumamente importante para la visibilidad, para que los colegas valoren tu trabajo. Esa red contactos se establece principalmente en el exterior o trabajando en un grupo con buenos vínculos internacionales. Esto último ahora es mucho más fácil  que antes. De todos modos es bueno circular por distintos lugares. Irse al extranjero es una situación que involucra muchas decisiones familiares, con la pareja y los hijos. Eso implica ciertas limitaciones para irse y, por eso,para establecer las redes que te ayudan a avanzar en etapas cruciales de la carrera. Todo  esto está cambiando mucho, hay muchas formas distintas de familia, se está retrasando la maternidad. Otro aspecto familiar relevante es que, por lo general, las mujeres se encargan del cuidado de los mayores.  Aunque los roles estén cambiando, sigue habiendo una preponderancia en el tiempo que las mujeres dedican a los temas familiares y domésticos y por eso creo que las limitaciones que impone la compatibilización entre cuestiones familiares y carrera suelen afectar más a las mujeres que a los hombres. Y esto no sólo la afecta porque quita tiempo para el trabajo científico sino porque impide la realización de estas otras actividades como trabajar en otras instituciones, establecer redes, que hacen al desarrollo profesional y a la visibilidad de las investigaciones propias.  El hecho de que muchas veces las reuniones donde se toman decisiones importantes se hacen en horarios inconvenientes para quienes tienen encargarse de temas domésticos también tiene un impacto sobre la carrera. Pero además de estos aspectos creo que hay una cuestión actitudinal de las mujeres, en cómo muestran su trabajo, en cuán agresivas son en demostrar lo que hacen. Hay distintos estilos y hay formas que “venden” más que otras, “vender” en el sentido de lograr “popularidad” en la comunidad. Todo eso impacta directamente sobre la visibilidad de las investigaciones.

¿Cuál es el mayor desafío que encuentran para equilibrar las desigualdades?

Cómo hacer para romper eso que se llama “techo de cristal”. A medida que se asciende en la carrera del investigador  de CONICET en física, por ejemplo,  la fracción de mujeres disminuye. Y no es una cuestión generacional, no es que el treinta por ciento de mujeres que permanece en la categoría más baja dentro de unos años va a continuar en el mismo porcentaje en las categorías más altas. Las mujeres no ascienden tanto como los hombres, hay un techo invisible. Lo mismo sucede con los premios que se otorgan, en las invitaciones a las charlas, cuando se hace divulgación científica ante el público en general. Se mantienen ciertos estereotipos que deberíamos cambiar.

¿Es diferente la situación de las mujeres que trabajan en otras ciencias?

Bueno, el tema excede a nuestra disciplina en particular. Por ejemplo en la última conferencia internacional de mujeres físicas en Inglaterra durante el mes de julio pudimos ver un trabajo comparativo de mujeres en física y en sociología a lo largo de la carrera académica, y en las categorías más bajas la fracción de  mujeres en sociología es mucho más alta que en física, pero en las categorías más altas la fracción es la misma en las dos disciplinas.

¿Han podido formar redes femeninas de científicas?

Sí, trabajamos mucho en eso, en las redes entre mujeres, en incrementar la ayuda, en implementar la figura del mentorship que es una persona con formación senior que te orienta en la carrera y te ayuda a tomar decisiones. Porque a veces hay chicas jóvenes que se sienten desencantadas en ciertos momentos de la profesión.Bueno, pensamos acciones para ayudar en eso.  Las relaciones que permiten formar las redes de las que te hablé antes exceden a los  momentos del trabajo, por eso una de las tareas que siempre se propuso el grupo de trabajo de mujeres físicas de la IUPAP fue la de  establecer redes.  Esa cooperación se vive muy intensamente durante las conferencias internacionales de mujeres físicas donde compartimos experiencias con mujeres de todo el mundo. En la última conferencia que fue en julio en Birmingham, Inglaterra, tuvimos la oportunidad de conocer a Malala Yousafzail -la estudiante universitaria pakistaní que ganó el premio nobel de la paz en 2014.  Estábamos todas muy emocionadas.

¿Cuáles son las acciones futuras que van a llevar a cabo?

Desde el grupo de trabajo de la IUPAP estamos terminando de redactar  un chárter, una especie de manifiesto con listas de buenas prácticas para que lo tomen las sociedades físicas y lo lleven a sus propios países. Por otro lado la IUPAP en general y yo, en particular, estamos muy involucrados en avanzar con el proyecto financiado por el Consejo Internacional de Ciencias. En tal sentido estamos organizando un workshop regional en Bogotá que va a tener lugar entre el 22 y el 24 de noviembre próximos donde vamos a discutir la encuesta y la lista de buenas prácticas para que ambas resulten adecuadas para abordar la problemática de género en ciencia en Latinoamérica.  

Más información:  http://icwip2017.iopconfs.org/home

https://icsugendergapinscience.org/

Alternativas evolutivas para el canto

- Por Lis Tous -

Los pájaros cantan, básicamente, para atraer a la hembra, alertar de peligros y defender el territorio, pero no todos los hacen de la misma forma. Algunos emiten los sonidos tal como aprenden de sus pares y otros fonan gracias a la sofisticación de sus órganos vocales. Esto dispara la pregunta de por qué algunos pájaros aprenden a cantar y otros no.

“El canto de aves es un tema muy establecido desde la neurociencias porque hay un conjunto de especies -el cuarenta por ciento aproximadamente- que necesitan aprender para vocalizar, del mismo modo que los humanos. En este sentido, es un modelo animal que se investiga para conocer cómo hacemos los humanos para modular los sonidos”, explica Gabriel Mindlin del Departamento de Física y el Instituto de Física de Buenos Aires (UBA-CONICET). Es autor junto a otros investigadores de la publicación Evolución de la diversidad vocal por adaptación morfológica sin aprendizaje vocal o control neuronal complejo publicado recientemente en Current Biology.

En este estudio, los autores se focalizaron en seis especies de sub-oscinos: “Este trabajo es, específicamente, sobre este grupo que no aprende, aunque puede generar una gran diversidad de sonidos a partir de complejizar su sistema vocal. En vez de enviar al cerebro instrucciones complejas tienen un aparato vocal más sofisticado”, explica Mindlin. En la publicación los investigadores demostraron que este tipo de pájaros tiene el mayor número de fuentes sonoras del reino animal, mostraron funcionalmente que las tres interactúan, y explicaron qué relación existe entre anatomía y el sonido a través de modelos matemáticos.

Tal como puede leerse en el trabajo: “la evolución del comportamiento complejo de este tipo de pájaros está dada por la interacción de especializaciones morfológicas y el control de mecanismos neuromusculares; a menudo es difícil distinguir entre las respectivas contribuciones de cada uno. Se piensa que el aprendizaje vocal de las aves y las adaptaciones neuronales asociadas juegan un papel importante en la diversificación de los pájaros, mientras que la importancia de diversidad morfológica de los órganos vocales permanece aún inexplorada”.

Según Mindlin, “los pájaros que aprenden, fonan mediante a algo parecido a las cuerdas vocales entre las junturas entre los bronquios y la tráquea. Cuando pasa el aire, estos labios oscilan generando el sonido. Son cuatro mil de las diez mil especies de aves que son estas aves cantoras generan sonido de esa manera”.

Los investigadores pudieron mostrar que los tipos de pájaros llamados traqueófonos -a los que pertenecen las seis especies estudiadas en el trabajo- poseen tres fuentes sonoras: dos similares a los pares de labios de los oscinos y una membrana  traqueal. En conjunto representan la mayor cantidad de fuentes sonoras para un órgano vocal, aun los pájaros cuyas membranas traqueales fueron inhabilitadas experimentalmente son capaces de cantar. Estas fuentes sonoras contribuyen a diferentes rasgos de acústica como complejidad espectral, amplitud de modulación y mejora de la amplitud sonora. Por el contrario, estas mismas características surgen en los oscinos del control neuromuscular de los labios.

Mindlin explica que “los labios -equivalentes a cuerdas vocales- son los responsables de las vocalizaciones de alta frecuencia; y las membranas son como ventanas, modulaciones de baja frecuencia de aproximadamente 200 hertz. Las distintas especies utilizan estos sonidos de diferentes maneras, algunas repiten el mismo como un ruido, un chirrido; otras, como el hornero se presentan al producirse  algunos sonidos llamados de “protesta”, como cuando se los captura. En esos casos, las modulaciones dan rugosidad al sonido. Estas diferencias son importantes para entender la diversidad de las modulaciones, cuantas más frecuencias entran en la descomposición del  sonido, más se enriquece”.

“Somos un grupo interdisciplinar; se hizo trabajo de campo en la provincia de Buenos Aires, en Entre Ríos y Corrientes porque son especies con las que no se puede trabajar en el laboratorio. Desde la física desarrollamos modelos para comprender cómo la adaptación morfológica del órgano vocal traqueófono puede generar sonidos específicos y de características complejas”, aclara Mindlin. La investigación es fruto del trabajo interdisciplinario entre investigadores de distintos institutos y universidades: Sarah Garcia, Cecilia Kopuchian, Gabriel Mindlin, Matthew Fuxjager, Franz Goller y  Pablo Tubaro.

Garcia et al., Evolution of Vocal Diversity through Morphological Adaptation without Vocal Learning or Complex Neural Control, Current Biology (2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2017.07.059

10 argumentos para la ciencia básica

-  Por Lis Tous.  Fotos: Juan Pablo Vittori  -  

Serge Haroche, Premio Nobel de Física por sus trabajos sobre la manipulación de sistemas cuánticos individuales, brindó una conferencia en el Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA. El título de la presentación Cómo la investigación sobre el azul del cielo y la tecnología se nutren mutuamente es el disparador de una idea que Haroche defiende con ahínco: “para hacer ciencia se necesita tiempo y confianza”.

El investigador francés reconstruyó una genealogía de la tecnología moderna;  describió una serie de momentos claves en la historia que permitieron las tecnologías de hoy. Su paso por el país se dio en el marco de su rol como jurado en los premios a la investigación científica que otorga la Fundación Bunge & Born cada año.

 1 El equilibrio

“¿Por qué hacer investigación científica? Bueno, hay dos tipos de respuestas. La primera, para tratar de entender mejor el mundo que nos rodea, no sólo el mundo natural sino también los sistemas vivientes. Esto se llama investigación del azul del cielo, es decir, investigación que no está relacionada directamente a ningún tipo de utilidad práctica, a ningún tipo de ganancia. Y, como segunda respuesta, para poder realizar tareas útiles y satisfacer algunas necesidades sociales como reducir el cambio climático o desarrollar energías alternativas. Hablo de las combinaciones que existen entre la ciencia básica, aquella motivada por la mera curiosidad y la investigación aplicada que tiene por objetivo producir objetos, dispositivos que sean comercializables e importantes para el desarrollo económico de las sociedades”.

 2 Contra la miopía

“ En este momento donde en muchas partes del mundo estamos viviendo crisis económicas, los políticos tienen una tendencia muy marcada a favorecer la utilidad a corto plazo; a considerar que la investigación científica debe ser redituable, que debe dar una ganancia inmediata. En este sentido, muchos políticos dicen que la curiosidad a largo plazo es una especie de lujo que debe dejarse para cuando haya vacas gordas; dicen que la ciencia básica hay que hacerla en Estados Unidos, mientras nosotros, oportunamente, podemos utilizar las patentes y desarrollar alguna aplicación. Busco dar argumentos sólidos frente a administradores de no valoran o conocen el valor de la ciencia básica”.

 3 La historia

“La historia de la ciencia muestra que no se puede separar la investigación del azul del cielo de la de otro tipo de tecnología. Son las dos caras de la misma moneda, si se hace una y no la otra se pierde el equilibrio, se entra en terrenos difíciles. Por ejemplo, entre los siglos XVI y XVII se trató de medir la velocidad de la luz, uno de los científicos que intentó hacerlo fue Galileo Galilei con un experimento un poco inocente; después hubo estimaciones astronómicas; pero las primeras mediciones precisas fueron realizadas a mediados del siglo XIX por Fizeau y Foucault. Ellos, utilizaron ruedas rotatorias e hicieron experimentos que fueron posibles porque contaban con objetos mecánicos. Este es un ejemplo de cómo la ciencia básica tiene que ser desarrollada cuando uno tiene la tecnología necesaria para poder hacer las mediciones. Por otro lado, hacia fines del siglo XVII los científicos estaban tratando de responder preguntas con respecto a la naturaleza de la luz y de la materia. No tenían absolutamente ninguna idea acerca de las aplicaciones que podrían surgir. La luz, ¿está compuesta por partículas como pensaba Newton?, o ¿la luz es una onda que se propaga a través del espacio como sostenía Huygens?. Los dos eran físicos y vivieron hasta principios del siglo XVIII. Esta pregunta fue resuelta mucho tiempo después”.

 4 La naturaleza de las cosas

“Para mediados del siglo XIX se conocían muchas cosas con respecto a la luz y al mismo tiempo se plantearon dudas respecto a la naturaleza de la materia y sus propiedades electromagnéticas. Y, nuevamente, gran parte de la investigación guiada por la curiosidad fue realizada en este rumbo: Coulomb que descubrió las leyes de la electrostática, y después, Faraday y Ampère que fundaron las leyes del magnetismo, plantearon así la relación entre esta fuerza y la electricidad. Esta línea de investigación llegó a su fruición, fue coronada con el trabajo de Maxwell hacia fines del siglo XIX. De sus hallazgos surge que la luz es una onda electromagnética, una combinación de campos electromagnéticos que se propaga a una enorme velocidad, independientemente del observador”.

 5 El manuscrito de Maxwell y la mano de Röntgen

“Las ecuaciones de Maxwell que describen cómo los campos eléctricos y magnéticos interactúan y evolucionan de una manera combinada, permiten computar la velocidad de estos campos electromagnéticos. En un manuscrito conservado en la Royal Society of London, Maxwell concluye su trabajo afirmando que el acuerdo de los resultados parece demostrar que la luz y el magnetismo son afecciones de la misma sustancia y que la luz es una perturbación electromagnética que se propaga a través del espacio según las leyes electromagnéticas. Esta tal vez es la frase más importante de la física porque es la primera instancia de unificación de diferentes tipos de fuerzas. Hasta mediados del siglo XIX, se pensaba que la electricidad, el magnetismo y la óptica eran tres cosas diferentes”.

“Lo que descubrió Maxwell es que la luz es una onda electromagnética, pero la luz que es visible, la luz a la cual son sensibles nuestros ojos proviene de una pequeña ventana del espectro de frecuencias. Diez años después de la muerte de Maxwell, Hertz descubrió las ondas de radio; Röntgen fue la primera persona en hacerse una radiografía, la imagen de su mano fue posible gracias a su descubrimiento que él bautizó como rayos x, se tardó quince años en saber que estos rayos eran radiaciones de alta frecuencia. Hoy tienen muchísimas aplicaciones: diagnósticos médicos, todo tipo de estudios de la materia, cristalografía, etc.”.

 6 La revolución de la relatividad

“Personas como Planck y  Einstein se sintieron motivadas por entender el mundo, es decir, hicieron ciencia básica. Ellos no tenían idea de hacia dónde podían conducir sus descubrimientos y aún así, han inducido a innovaciones que nos cambiaron la vida. La energía nuclear, por ejemplo, no hubiera sido posible; la manera en que nos comunicamos; la manera de almacenar y poseer información; la forma en que se realizan diagnósticos médicos. No es un solo hallazgo lo que condujo a estas aplicaciones, si no la conjunción de aciertos en diferentes áreas de la ciencia, luego de un largo período de maceración”.

 7 La revolución cuántica

“Otro aspecto importante es que la luz es al mismo tiempo un conjunto de partículas y una onda, lo que de alguna manera reconcilia a Huygens y a Newton. Este aspecto combinado era muy difícil de entender para ellos, el entendimiento fue posible luego en el ámbito de la física cuántica. Después de muchos desarrollos realizados a principios del siglo XX se descubrió que la luz y la materia obedecen a una serie de leyes que son muy contraintuitivas como la dualidad onda-partícula: la materia está hecha de átomos, un núcleo cargado positivamente con electrones que se mueven en órbitas a su alrededor, y que tienen niveles energéticos cuantizados. A su vez, los electrones y el núcleo llevan spín, así se explican las propiedades magnéticas de la materia”.

 8 El futuro que nadie imagina

“Entre finales del siglo XIX y principios del XX los físicos y los químicos pensaban que la ciencia y la física en particular ya se conocía enteramente, que ya se conocía todo sobre sus leyes. En el año 1900 en la gran feria de ciencia universal que tuvo lugar en París, que se realizaba cada veinte o treinta años, tenía como temática el progreso. La idea era que la ciencia iba a conducir a un montón de aplicaciones que nos cambiarían la vida. Entonces se le pedía a la gente que tratara de imaginar cómo se iba a ver el mundo  en el año 2000. Se publicaron postales en todo el mundo donde se puede ver cómo se imaginaban el futuro. Son postales extremadamente ingenuas, nadie ni ningún científico fue capaz de predecir el origen de las computadoras, el advenimiento del láser o toda la tecnología celular. Las postales son extrapolaciones de lo que ya se conocía en el siglo XIX”.

 9 El reloj más preciso del mundo

“El reloj atómico es una aplicación que tiene origen en el experimento de Rabi [los efectos de los campos magnéticos externos sobre el núcleo de las partículas].  Este reloj mide el tiempo mediante la frecuencia a la cual los electrones se están moviendo en el átomo. Se miden los fenómenos periódicos que ocurren en los átomos porque son mucho más estables en frecuencia que lo que se puede ver en un reloj de cuarzo o en un reloj de péndulo. Un reloj atómico estándar tiene un grado de incertidumbre es de 1 segundo en un millón de años”.

“A su vez, estos relojes son la base para la tecnología del Sistema de Posicionamiento Global (GPS), donde una gran cantidad de satélites están en órbita alrededor del planeta, y cada satélite porta un reloj atómico sincronizado a los otros. A través de la medición del tiempo, de la triangulación se puede encontrar la posición de una determinada persona con precisión menor al metro. Esta es una derivación no sólo de la física cuántica, sino que  también está altamente vinculada a la relatividad porque los relojes que giran en órbita alrededor de La Tierra tienen una velocidad respecto de nuestro planeta, de acuerdo con la relatividad especial la tasa al cual los relojes miden el tiempo depende de su velocidad y de acuerdo con la relatividad general el hecho de que se encuentre en un campo gravitacional diferente genera una corrección. Si no fueran tomadas en cuenta estas correcciones el GPS fallaría por kilómetros de distancia. Otro ejemplo de un sistema que utiliza ciencia básica, investigaciones que podrían haberse considerado como totalmente inútiles a principios del siglo XX y hoy tienen aplicaciones bien prácticas”.

 10 El láser, la luz domesticada

El láser es otro descubrimiento de la ciencia, en este caso por curiosidad de Einstein.

“Tiene que ver con la emisión estimulada, lo que Bohr había descubierto a principios del siglo XX era que un átomo en un estado excitado puede bajar a un estado de baja energía emitiendo un fotón, un paquete de luz. Este fotón es emitido espontáneamente, en cualquier dirección y con un alto rango de posibles frecuencias. Lo que Einstein describió es que por encima de este proceso de emisión espontánea hay otro proceso que corresponde a una luz que tiene propiedades mucho más definidas.  Lo que él descubrió es que si un fotón viene de un átomo excitado, el átomo va a tener una alta probabilidad de emitir  otro fotón en exactamente el mismo modo, es decir, otro fotón con la misma frecuencia, la misma dirección y la misma polarización. Este es un proceso de amplificación, mediante el cual la luz ‘pide’ luz con las mismas propiedades. Einstein quería comprender cómo la luz y la materia llegaban a un equilibrio, y vislumbró que era necesario tener en cuenta la emisión estimulada para entender este proceso. Así llegamos al máser el dispositivo de microondas y después al láser”.

“Los láseres se volvieron una herramienta muy fundamental para las investigaciones en física, química y biología y para aplicaciones en meteorología, medicina y la comunicación”.