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El profesor Dennis Clougherty y su alumno Nam Dinh, dos científicos de la Universidad de Vermont, en Estados Unidos, acaban de resolver un misterio de casi un siglo en la física cuántica.
Su contribución gira en torno a lo que los físicos conocen como “osciladores armónicos amortiguados”. Aunque suena complejo, es fácil identificarlos en nuestro mundo: “una cuerda de guitarra pulsada puede vibrar durante segundos antes de quedarse en silencio. Un columpio de parque infantil, sin nadie sentado en él, se detendrá gradualmente”, explicó la Universidad de Vermont.
En pocas palabras, la pregunta que se plantearon estos físicos era si se puede construir una teoría cuántica del oscilador armónico amortiguado. El tema no es menor, si se tiene en cuenta que las leyes de la física cuántica son distintas a las leyes del movimiento de Newton y que desde hace aproximadamente hace 90 años, varios teóricos han intentado describir estos sistemas utilizando la física cuántica, pero sin conseguirlo por completo.
La dificultad, señaló Clougherty, radica en “preservar el principio de incertidumbre de Heisenberg”, un principio fundamental de la física cuántica. A escala atómica, existe un límite fundamental en la precisión con la que se pueden conocer simultáneamente la posición y el momento de una partícula.
Con esta limitación en mente, los científicos se remitieron a un modelo desarrollado por el físico británico Horace Lamb en 1900, en el que se describía como una partícula vibrante en un sólido podía perder energía en favor del sólido. En este modelo, Lamb demostró que “las ondas elásticas creadas por el movimiento de la partícula retroalimentan a la propia partícula y hacen que se amortigüe, es decir, que vibre con cada vez menos energía a lo largo del tiempo”, apuntan los investigadores.
Pero esto no es tan obvio en el régimen cuántico, apuntó Dinh. Por eso, con apoyo de la Fundación Nacional para la Ciencia y la NASA, los físicos reformularon el modelo de Lamb para el mundo cuántico y encontraron la solución.
Saltándonos varios detalles técnicos, los físicos pudieron reformular matemáticamente el modelo de Lamb para que el comportamiento oscilatorio de un átomo pudiera describirse con precisión. Su trabajo fue publicado en la revista académica Physical Review Research a inicios de julio de este año.
Con este trabajo, los físicos no solo lograron dar respuesta a un misterio de 90 años, sino que, apuntan desde la universidad, “podría dar lugar a algo así como la cinta métrica más pequeña del mundo: nuevos métodos para medir distancias cuánticas y otras tecnologías de sensores de ultraprecisión”.
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