?Crees que la Luna no est¨¢ all¨ª cuando no miramos?

?Crees realmente que la Luna no est¨¢ all¨ª cuando no miramos? Esta frase, atribuida a Einstein, refleja la perplejidad que producen algunas de las predicciones de la f¨ªsica cu¨¢ntica. Esta teor¨ªa, descubierta a principios del siglo pasado, describe toda la luz y la materia que nos rodean. Como toda teor¨ªa de la f¨ªsica, est¨¢ basada en una serie de principios y f¨®rmulas que nos permiten predecir multitud de fen¨®menos con una precisi¨®n exquisita. Pero la f¨ªsica cu¨¢ntica es mucho m¨¢s que un conjunto de ecuaciones para describir la naturaleza; tambi¨¦n nos da una visi¨®n de ella muy distinta de la que ten¨ªamos hasta ahora. Pioneros de su desarrollo, como Einstein o Erwin Schr?dinger, ya se dieron cuenta de que esos mismos principios que establecen la composici¨®n de la materia y su interacci¨®n con la luz, dan lugar a extra?as paradojas y preguntas como la atribuida a Einstein sobre la posici¨®n de la Luna.

La f¨ªsica cu¨¢ntica siempre se nos presenta como algo misterioso, imposible de entender, y plagada de mitos que son utilizados para vendernos todo tipo de artilugios con propiedades esot¨¦ricas o para explicar fen¨®menos extra?os. Pero, m¨¢s all¨¢ de todo este folclore y de su uso por m¨¢s de un aprovechado, la f¨ªsica cu¨¢ntica predice fen¨®menos extraordinarios en el mundo microsc¨®pico que pueden ser verificados experimentalmente. Estos experimentos requieren nuevas t¨¦cnicas y a?os de preparaci¨®n y desarrollo. Precisamente, el franc¨¦s Serge Haroche y el estadounidense David Wineland han sido galardonados con el Premio Nobel de F¨ªsica 2012 por el desarrollo de dichas t¨¦cnicas y la observaci¨®n de muchos de estos fen¨®menos.

El principio de la superposici¨®n es uno de los que originan las situaciones m¨¢s chocantes en la f¨ªsica cu¨¢ntica. Dice que, si un objeto puede estar en dos situaciones distintas, tambi¨¦n puede estar en una superposici¨®n de ellas: vaya, que puede hacer dos cosas distintas a la vez. Esto no es tan raro como parece.

Las ondas electromagn¨¦ticas (la luz) o cualquier otro tipo de ondas (como las olas del mar) cumplen este principio. La luz del Sol que entra en una habitaci¨®n con dos ventanas, pasa por las dos ventanas a la vez. Lo que es extra?o, y levant¨® acaloradas discusiones entre los f¨ªsicos del siglo XX, es que a la materia le pueda ocurrir lo mismo. Un ¨¢tomo puede, en principio, pasar por dos sitios a la vez. O uno de sus electrones puede circular alrededor de un n¨²cleo en dos ¨®rbitas simult¨¢neamente. Suena raro, pero si se toman en serio los principios de la f¨ªsica cu¨¢ntica, debe ser verdad. Cabe preguntarse: si un ¨¢tomo puede estar en una superposici¨®n, ?por qu¨¦ no tambi¨¦n una mol¨¦cula, una piedra, o incluso un animal? Schr?dinger se preguntaba por qu¨¦ no es posible, pues, tener un gato vivo y muerto a la vez. Hoy sabemos que esto no es posible. Las superposiciones cu¨¢nticas desaparecen si los objetos no est¨¢n completamente aislados. Es muy dif¨ªcil aislar un ¨¢tomo, m¨¢s a¨²n una mol¨¦cula, y no digamos un minino. Aislar quiere decir que no interaccione con nada: otro ¨¢tomo, mol¨¦cula o fot¨®n.

En esto radica la dificultad de los experimentos de Wineland y Haroche. El primero atrapa un ¨¢tomo cargado el¨¦ctricamente (un ion) en el espacio y quita todo lo que le rodea. Con luz de un l¨¢ser lo empuja y, siguiendo las pautas establecidas por las leyes de la f¨ªsica cu¨¢ntica, lo pone en dos sitios a la vez. Tambi¨¦n puede hacer lo mismo con los electrones que orbitan alrededor del ¨¢tomo, e incluso con varios ¨¢tomos. El segundo atrapa fotones entre dos espejos y env¨ªa ¨¢tomos para que los absorban o emitan, poni¨¦ndolos en una superposici¨®n cu¨¢ntica. Luego observa c¨®mo la superposici¨®n desaparece con el tiempo y que cuantos m¨¢s fotones participan, m¨¢s r¨¢pido se extingue.

Es muy dif¨ªcil aislar un ¨¢tomo, m¨¢s a¨²n una mol¨¦cula, y no digamos un minino. Es el m¨¦rito de los premiados

Estos experimentos han marcado un antes y un despu¨¦s en nuestro dominio del mundo cu¨¢ntico y abren nuevas posibilidades tecnol¨®gicas. Wineland ya ha construido el reloj m¨¢s preciso que existe usando sus iones atrapados. Adem¨¢s, ha conseguido demostrar experimentalmente los principios en los que se cimentan los ordenadores cu¨¢nticos, unos aparatos que, si llegamos a construir, permitir¨¢n hacer c¨¢lculos inimaginables utilizando el principio de superposici¨®n cu¨¢ntica.

Cient¨ªficos como Haroche y Wineland no surgen por generaci¨®n espont¨¢nea, sino que provienen de laboratorios con gran tradici¨®n. Ambos hicieron la tesis doctoral con otros galardonados con el Nobel (Claude Cohen Tannudji, 1997, y Norman Ramsey, 1989), quienes a su vez la hicieron con otros premiados (Alfred Kastler, 1966, e Isodor Rabi, 1944). Sus centros de investigaci¨®n han permanecido al m¨¢s alto nivel muchos a?os gracias al apoyo de sus respectivos pa¨ªses. Esos pa¨ªses est¨¢n orgullosos de sus flamantes premiados y saben que, con el tiempo, recoger¨¢n los frutos (cient¨ªficos, educativos y econ¨®micos) de su investigaci¨®n, de la misma forma que lo han hecho con sus anteriores laureados.

Ignacio Cirac dirige el Instituto Max Planck de ?ptica Cu¨¢ntica (Alemania).