¿Afecta la física cuántica a los objetos que usamos diariamente?

La física cuántica suena muchas veces a teoría loca que no tiene aplicación ni efecto en la vida cotidiana pero, ¿es eso cierto?

Desde los comienzos de las teorías cuántica allá por principios del siglo pasado se sabe que el comportamiento cuántico  y el comportamiento clásico (el cotidiano que todos conocemos) son compatibles teóricamente. Eso significa que utilizando las leyes cuánticas podemos explicar los fenómenos cotidianos. Pero teoría no es realidad, así que hay una especie de carrera por demostrar comportamiento cuántico en objetos de tamaños lo más grande posible.

Normalmente el comportamiento cuántico se pierde cuando empezamos a considerar moléculas o células pequeñas por lo que incluso demostrar que existe este tipo de comportamiento incluso en objetos que pueden parecernos pequeños, es todo un logro. En el caso que vamos a explicar ahora, los objetos que se emplearon son del orden del micrómetro (milésimas de metro) lo cual es inmenso, de hecho es más de mil millones de veces más grandes que cualquier sistema cuántico típico.

El experimento para observar comportamiento cuántico

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La idea del experimento es explotar la energía del punto cero, un concepto puramente cuántico. La energía del punto cero es la mínima energía que puede tener cualquier cuerpo. Esto se manifiesta como una cierta oscilación y se deriva directamente del principio de incertidumbre de Heisenberg, uno de los principios más básicos de la física. Para observar este comportamiento cuántico, los científicos utilizaron el efecto Doppler óptico. Veámos como funciona todo junto.

Cuando la luz se refleja en un objeto en movimiento su longitud de onda varía en función de la velocidad del objeto en el que rebota. Las opciones son que exista corrimiento al rojo, en el que la luz reflejada tiene mayor longitud de onda y menor energía que la que enviamos; o que exista corrimiento al azul, que ocurre cuando la luz reflejada tiene más energía que la incidente. Sobre el efecto Doppler ya os hemos hablado, pero utilizarlo para detectar comportamiento cuántico en un cuerpo es algo muy ingenioso.

Con estas armas, los investigadores enfriaron una pieza de metal hasta casi 0K, extrayendo toda su energía térmica. En este punto si el objeto está perfectamente quieto (como predice la física clásica) no deberíamos tener efecto Doppler; por el contrario si estamos ante un comportamiento cuántico, existirá una pequeña vibración que se traducirá en efecto Doppler al acercarse o alejarse la placa de metal.

Los objetos cotidianos tienen comportamiento cuántico, así lo han comprobado

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En un objeto normal vibrando uno espera ver la misma cantidad de luz con corrimiento al rojo que con corrimiento al azul. En el caso de que el objeto se encuentre en el antes mencionado punto cero, es decir, tenga comportamiento cuántico, ya se encuentra en el estado de menor energía posible y no tiene por tanto energía que cederle a luz para que esta se refleje con mayor energía que cuando llegó. La idea es tan ingeniosa que parece sencilla cuando uno elimina las ecuaciones.

La realidad es que los investigadores consiguieron ver este comportamiento cuántico y midieron cómo el corrimiento al azul disminuía al bajar la temperatura hasta prácticamente desaparecer, mientras el corrimiento al rojo se mantenía visible. Esto nos dice que el objeto no está quieto, pero que, en contra de la física clásica, no podemos extraer más energía de ese cuerpo, solo tiene la energía del punto cero.

Esto ya se había medido antes, pero nunca en un objeto tan grande como para poder verse con un microscopio convencional o incluso con una buena lupa. Todo un hito que comprueba que todos los objetos tienen comportamiento cuántico y que la física cuántica no es un cuentecito, sino que la naturaleza es realmente así de extraña.