DIRECTO | Entrega de los PREMIOS NOBEL 2019
Taula de continguts:
Es podria pensar que la pinça òptica - un feix de làser enfocat que pot atrapar petites partícules - és un barret vell. Al cap ia la fi, la pinça va ser inventada per Arthur Ashkin el 1970 i va rebre el premi Nobel per a aquest any, presumiblement després que les seves principals implicacions s'haguessin realitzat durant l'últim mig segle.
Sorprenentment, això no és veritat. La pinça òptica està revelant noves capacitats mentre ajuda als científics a entendre la mecànica quàntica, la teoria que explica la naturalesa en termes de partícules subatòmiques.
Aquesta teoria ha donat lloc a algunes conclusions estranyes i contra intuïtives. Un d'ells és que la mecànica quàntica permet que existeixi un sol objecte en dos estats de realitat diferents alhora. Per exemple, la física quàntica permet que un cos estigui en dos llocs diferents de l'espai simultàniament - o tots dos morts i vius, com en el famós experiment pensatiu del gat de Schrödinger.
El nom tècnic d'aquest fenomen és la superposició. S'han observat superposicions per a petits objectes com els àtoms individuals. Però, clarament, mai no veiem una superposició en la nostra vida quotidiana. Per exemple, no veiem una tassa de cafè en dues ubicacions alhora.
Per explicar aquesta observació, els físics teòrics han suggerit que per a objectes grans, fins i tot per a nanopartícules que contenen prop de 1.000 milions d’atomes, les superposicions colapso ràpidament a una o altra de les dues possibilitats, a causa d’una ruptura de la mecànica quàntica estàndard. Per a objectes més grans, la velocitat de col·lapse és més ràpida. Per al gat de Schrodinger, aquest col·lapse –a “viu” o “mort”, seria pràcticament instantani, explicant per què mai no veiem la superposició d'un gat en dos estats alhora.
Fins fa poc, aquestes "teories del col·lapse", que requeririen modificacions de la mecànica quàntica dels llibres de text, no es podien provar, ja que és difícil preparar un objecte gran en una superposició. Això es deu al fet que els objectes més grans interactuen més amb el seu entorn que els àtoms o les partícules subatòmiques, cosa que provoca fuites de calor que destrueixen els estats quàntics.
Com a físics, ens interessa les teories del col·lapse perquè ens agradaria entendre millor la física quàntica, i específicament perquè hi ha indicis teòrics que el col·lapse podria ser degut a efectes gravitacionals. Una connexió entre la física quàntica i la gravetat seria emocionant de trobar, ja que tota la física es basa en aquestes dues teories, i la seva descripció unificada, l'anomenada teoria de tot, és un dels grans objectius de la ciència moderna.
Introduïu la pinça òptica
Les pinces òptiques exploten el fet que la llum pugui exercir pressió sobre la matèria. Encara que la pressió de radiació fins i tot d’un intens raig làser és bastant petita, Ashkin va ser la primera persona que va demostrar que era prou gran com per suportar una nanopartícula, contrarestant la gravetat, la qual cosa el feia efectivament.
El 2010, un grup d’investigadors es va adonar que una nanopartícula d’una pinça òptica estava ben aïllada del seu entorn, ja que no estava en contacte amb cap suport material. Seguint aquestes idees, diversos grups van suggerir maneres de crear i observar superposicions d'una nanopartícula en dues ubicacions espacials diferents.
Un esquema interessant proposat pels grups de Tongcang Li i Lu Ming Duan el 2013 va suposar un cristall de nanodiambres en una pinça. La nanopartícula no es troba immòbil a la pinça. Més aviat oscil·la com un pèndol entre dues localitzacions, amb la força de restauració procedent de la pressió de radiació deguda al làser. A més, aquest nanocristall de diamants conté un àtom de nitrogen contaminant, que es pot considerar com un petit imant, amb un pol nord (N) i un pol sud (S).
L’estratègia de Li-Duan consistia en tres passos. En primer lloc, van proposar refredar el moviment de la nanopartícula al seu estat fonamental quàntic. Aquest és l’estat d’energia més baix que pot tenir aquest tipus de partícula. Podríem esperar que en aquest estat la partícula deixi de moure's i no oscil·la en absolut. Tanmateix, si això succeís, sabríem on era la partícula (al centre de la pinça), i de quina velocitat es movia (gens). Però el coneixement perfecte simultani de la posició i la velocitat no és permès pel famós principi d’incertesa de Heisenberg de la física quàntica. Així, fins i tot en el seu estat d’energia més baix, la partícula es mou una mica, prou com per satisfer les lleis de la mecànica quàntica.
En segon lloc, el règim de Li i Duan requeria preparar l'àtom de nitrogen magnètic en una superposició del pol nord, apuntant cap amunt i cap avall.
Finalment, es necessitava un camp magnètic per enllaçar l'àtom de nitrogen amb el moviment del cristall de diamant levitat. Això transferiria la superposició magnètica de l'àtom a la superposició de la ubicació del nanocristal. Aquesta transferència està habilitada pel fet que l’àtom i la nanopartícula s’embullen pel camp magnètic. Es produeix de la mateixa manera que la superposició de la mostra radioactiva deteriorada i no deteriorada es converteix en la superposició del gat de Schrodinger en estats vius i morts.
Proving the Collapse Theory
El que va donar aquestes dents de treball teòric va ser dos desenvolupaments experimentals emocionants. Ja el 2012, els grups de Lukas Novotny i Romain Quidant van demostrar que era possible refredar una nanopartícula levitada òpticament fins a un centèsim de grau per sobre del zero absolut - la temperatura més baixa teòricament possible - modulant la intensitat de la pinça òptica. L’efecte va ser el mateix que allunyar el nen d’un gronxador empenyent els moments adequats.
El 2016, els mateixos investigadors van poder refredar-se fins a la desena part del grau per sobre del zero absolut. Al voltant d’aquest moment, els nostres grups van publicar un document que estableix que la temperatura necessària per arribar a l’estat de terra quàntic d’una nanopartícula de pinzellada era al voltant d’una milionèsima d'un grau per sobre del zero absolut. Aquest requisit és un repte, però a l’abast d’experiments en curs.
El segon desenvolupament emocionant va ser la levitació experimental d'un nanodiamon que portava defectes de nitrogen el 2014 al grup Nick Vamivakas. Utilitzant un camp magnètic, també van ser capaços d'aconseguir l'acoblament físic de l'àtom de nitrogen i el moviment de cristall requerit pel tercer pas del esquema Li-Duan.
La carrera ha arribat fins a arribar a l'estat fonamental de manera que, segons el pla de Li-Duan, es pugui observar un objecte en dues ubicacions col·lapsant-se en una sola entitat. Si les superposicions es destrueixen a la velocitat prevista per les teories del col·lapse, la mecànica quàntica, tal com la coneixem, haurà de ser revisada.
Aquest article va ser publicat originalment a The Conversation de Mishkat Bhattacharya i Nick Vamivakas. Llegiu l'article original aquí.
Estudi: les eines de pedra descoberta revelen noves pistes sobre la història xinesa antiga
Una de les innovacions tecnològiques més profundes en l’evolució humana és l’antiga eina de pedra. En un nou estudi de 'Nature', els arqueòlegs van trobar una evidència d’artefactes xinesos que canvia la manera de pensar sobre l’origen i la difusió de les noves tecnologies d’eina de pedra.
Noves pistes sobre patents d'Apple a les futures actualitzacions futures d'Apple
Apple podria estar optant per la identificació facial (ID de cara) a l’identificador tàctil més recent als seus iPhones més nous. Però la funció de seguretat podria trobar una nova vida a la corretja de canell dels futurs rellotges Apple. Una declaració de patent publicada el dijous va revelar que la companyia està pensant en incrustar un sensor biomètric als cinturons dels rellotges.
El científic descobreix que el canibalisme no alimenta, guanya el premi Ig Nobel
James Cole, Ph.D., va entrar el regne de les llegendes el dijous, quan va rebre un preuat premi Ig Nobel pel seu treball sobre el canibalisme. En la seva obra, va esbossar el poc valor nutritiu que té un cadàver humà i com això canvia el que sabem sobre el canibalisme en l'era del Paleolític.