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Ciencia

Mecánica Cuántica, un nuevo paradigma

16/11/2017
Por: Luis A. Cifuentes Jojoa - Periodista Alma Máter

“La promesa de la mecánica cuántica para este siglo es transformar la forma en que concebimos la civilización", afirma Leonardo Pachón Contreras, profesor del Instituto de Física y ganador de la primera categoría del Premio a la investigación profesoral Universidad de Antioquia. 

Foto: cortesía periódico Alma Máter.

“La promesa de la mecánica cuántica para este siglo es transformar la forma en que concebimos la civilización. Nosotros ya alcanzamos los límites que la teoría física clásica nos permite. Entonces, la única forma de buscar un cambio de paradigma es transformar las reglas de juego. Dejar de jugar con las leyes de la mecánica clásica y jugar con las de la mecánica cuántica”, piensa Leonardo Pachón Contreras, profesor del Instituto de Física y ganador de la primera categoría del Premio a la investigación profesoral Universidad de Antioquia. 

La investigación por la que fue reconocido se titula “Baños térmicos cuánticos: influencia de la no-gaussianidad estadística y la no-localidad dinámica en la evolución temporal de sistemas cuánticos abiertos”. El estudio, que duró alrededor de 4 años, se realizó en colaboración con el profesor Boris Rodríguez, de la Universidad de Antioquia, y la profesora Juliana Restrepo, de la Escuela de Ingenieros de Antioquia; además de la participación de estudiantes y físicos de varios países. 

Pachón Contreras afirma que “el objetivo de la investigación era estudiar los procesos de pérdida de coherencia cuántica en sistemas fotosintéticos, optomecánicos y cuánticos en general. Fue un esfuerzo por desarrollar modelos teóricos que permitan la descripción más precisa de estos sistemas. Los sistemas cuánticos, como cualquier otro sistema en el universo, están en constante interacción con su ambiente, explica Pachón Contreras.

“Entonces, resulta que los átomos, las moléculas y algunos sistemas más grandes, de un billón de átomos, pueden exhibir su naturaleza cuántica. Pero como no están aislados del universo, la interacción hace que este carácter se pierda, por lo que no es posible usar esas propiedades”, concluye el profesor. 

La investigación está orientada a diseñar estrategias que permitan preservar las características cuánticas de sistemas con potencial uso tecnológico. Lo primero que hicieron fue pasar de la estadística gaussiana que se usa actualmente, puesto que con estos modelos se describe el ambiente alrededor de una molécula o de un átomo de forma clásica y no se representan las propiedades puramente cuánticas.  

Pachón Contreras explica que “la idea es describir estos sistemas de la manera más precisa posible y por eso se introdujeron los baños no-gaussianos. Con esto, básicamente, se dice que lo que rodea al sistema cuántico también tiene este tipo de propiedades, y no como se ha hecho en los últimos 50 años; es decir, asumir modelos clásicos para el entorno de sistemas cuánticos porque es más sencillo de calcular y de describir”.

El proyecto inició con la idea de introducir baños térmicos más realistas, lo que condujo a la investigación a tener aplicaciones en diversos campos como: la sincronización de sistemas mecánicos, el transporte de energía excitónica a niveles cuánticos en el proceso de fotosíntesis, procesos de enfriamiento en sistemas optomecánicos y sistemas de reacciones químicas.

Para una de las publicaciones, “nosotros colaboramos con el programa de la Universidad Harvard llamado Origins of life, un programa que intenta encontrar respuestas sobre el origen de la vida. Lo que nosotros hicimos fue pensar en el origen de la muerte. Buscamos los mecanismos que pudieran alargar los tiempos de vida de modelos de reacciones prebióticas, para mantenerlas durante un tiempo extendido y que eso sustentara el potencial desarrollo de reacciones de la vida”, añade Pachón Contreras.    

Actualmente está colaborando con la Universidad de Oxford y la de Oregón para el desarrollo de técnicas espectroscópicas. También con el Instituto Max Planck para desarrollar estrategias de manipulación de moléculas a través de la transferencia de las propiedades de la luz a nivel cuántico. Expone que su “objetivo es crear técnicas que permitan controlar, como nosotros necesitemos, moléculas, átomos y sistemas optomecánicos para empezar a volverlos máquinas que nos permitan avanzar en una revolución industrial”. 

Pachón Contreras considera que ha sido afortunado al haber contado con la financiación de algunas de sus investigaciones; no obstante, cree que en la actualidad ya no se destinan suficientes recursos para la ciencia.

“Los científicos colombianos pensábamos que en el posconflicto se invertiría más en ciencia y tecnología, pero estábamos equivocados. Si bien nosotros hacemos física teórica, que no requiere tanto financiamiento como las áreas experimentales, los estudiantes necesitan fuentes de sustento que les permitan dedicarse a la investigación de tiempo completo”, señala.

El profesor añade que la desfinanciación de la universidad pública va en detrimento de la calidad de los profesionales que se forman y, de manera directa, afecta el desarrollo científico y tecnológico del país.

“Mientras no exista, por parte del Estado, un compromiso real con la función social de la Universidad y de la investigación, no será posible que ocurran las grandes transformaciones que necesita el país”, sentencia.

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