Conferencia "Las tecnologías cuánticas que ya están aquí", por Gonzalo Muga Francisco en Fundoro

Bueno pues muchísimas gracias por esta amabilísima introducción para mí es un placer venir aquí él ha dicho que fui profesor de la laguna y estuve nueve años O sea mis hijas han nacido las dos aquí o sea que yo siempre digo que cuando vengo aquí vuelvo a casa entonces Muchísimas gracias por la invitación y hoy quería hablaros de algo complementario con respecto a la charla anterior de hecho voy a aprovechar muchas de las cosas que ha dicho Dani yo le voy a dar otro enfoque un enfoque complementario voy a intentar haceros ver que la cuántica

está alrededor y que está por todas partes y que no es tan difícil no como solemos pensar darnos cuenta de su importancia Incluso en la vida diaria entonces aquí tenéis una serie de imágenes que bueno van a sugerir lo que de lo que voy a hablar por ejemplo tú te levantas por la mañana ya suena un despertador ese reloj ese tiempo va a venir determinado por fenómenos cuánticos por relojes atómicos al tostar el pan ahí vamos a ver la ley de radiación de planck de la que ha hablado Dani por ejemplo vamos a hablar un

poquito de eso también luego pues en el trabajo por ejemplo nosotros vamos a por supuesto vamos a utilizar un móvil vamos a utilizar un ordenador quizá vayamos al supermercado y pase en el código de barras puede que tengamos una visita al médico y que nos hagan una resonancia magnética por supuesto Pues estamos sometidos a la radiación del Sol y vamos a ver que todas estas cosas tienen bastante que ver con la física cuántica no que no o bien no existirías en la física cuántica porque son inventos que se deben a la teoría cuántica o bien

los entendemos y los explicamos gracias a la física cuántica y no los podríamos explicar con la física clásica de la que hablaba Dani entonces Bueno voy a seguir un guión más o menos histórico en realidad primero voy a recordar algunos de los fenómenos cuánticos característicos de los que ya nos ha hablado Dani también quiero decir si seguís un poco las noticias de prensa últimamente se suele hablar de la segunda Revolución cuántica entonces casi todo lo que voy a decir yo hoy es más bien de la primera y mañana ya Juanjo nos hablará más de la

segunda Entonces yo casi voy a hablar más de consecuencias de la primera revolución de la revolución de la que ha hablado Dani en la primera charla consecuencias que podemos ver ya hoy en la vida diaria entonces Muchas de estas consecuencias se deben a un fenómeno que es la discretización Y de nuevo hago referencia a la charla de Danny no discretización de la energía o de otras magnitudes entonces debido a esta discretización de la energía en particular vamos a ver como una serie de fenómenos de la vida diaria se pueden explicar hay otro fenómeno muy curioso

que es el efecto túnel también veremos que tiene consecuencias en la vida diaria y luego hay otros característicos de la física cuántica como la superposición el gato del que hablaba Dani la interferencia del famoso experimento de la doble rendija que son un poquito más difíciles de ver en la vida diaria y tienen más que ver con la segunda Revolución cuántica así que de nuevo Juanjo mañana nos hablará un poquito de lo que queremos hacer hoy en día y lo que se está haciendo ya dentro de estas supuestas segundas Revolución utilizando superposición interferencia y entrelazamiento también

entrelazamiento superposición interferencia control de sistemas cuánticos individuales es lo que está caracterizando esta segunda Revolución cuántica en la que estaríamos inmersos Bueno también la cuántica se caracteriza por por esta ley probabilista no O sea que al final las leyes cuánticas no nos dicen en general Cómo van a ser las cosas Si no solamente nos van a dar una probabilidad de que ocurran de una manera o de otra bien Esto es un contexto general y vamos a ir repasando un poquito por ejemplo la interferencia cuántica el famoso experimento primero mental y luego real de la doble

rendija Entonces Claro en la vida diaria lo que vemos normalmente es esto si disparamos balas o pelotas de tenis y tenemos aquí dos rendijas pues lo que vamos a ver es esto no O sea van a formar unos impactos más o menos correspondientes a las dos rendijas entonces lo que sabemos es que si vamos haciendo más pequeñas de estas partículas al final cuando lo que lanzamos son electrones aunque los la hacemos uno a uno vamos a ver al final un patrón de interferencias es decir un patrón que en realidad es característico de las ondas que

podemos ver por ejemplo en un estanque con agua no O sea que si en un estanque con agua ponemos una pared y abrimos dos rendijas y lanzamos una onda De esta manera pues al final vamos a ver aquí un patrón de interferencia O sea que eso no nos sorprende cuando es un fenómeno ondulatorio Pero lo que sí nos sorprende es que eso ocurra con partículas no entonces lo vemos en la vida diaria no lo vemos pero se supone que si vamos bajando el tamaño de esa partícula al final sí que lo vamos a llegar a

ver o sea que hay fenómenos cuánticos que son más difíciles de ver con los objetos a los que estamos acostumbrados no objetos masivos grandes Entonces es difícil ver por ejemplo que un gato esté vivo y muerto al mismo tiempo no O sea normalmente o Los vemos muertos o Los vemos vivos o sea que hay determinadas fenómenos cuánticos que son muy difíciles de ver y vamos a ir un poco distinguiendo Cuáles son fáciles de ver y cuáles son difíciles de ver entonces Bueno claro se suele decir y yo lo he dicho en varias charlas de hecho

que la cuántica es la ciencia de lo pequeño pero bueno preparando esta charla le he puesto una interrogación no le he puesto una interrogación porque en yo creo que casi todos los físicos lo que creemos hoy en día por lo menos me lo puedes confirmar mañana Es que no hay un límite no es no es que haya una especie de frontera que digas hasta aquí funciona la cuántica Y a partir de ahí funciona la clásica no O sea no existe esa frontera más bien creemos Que bueno que la validez de la cuántica se extiende entonces

bueno todo sería cuántico no solamente es una ciencia de lo pequeño es una ciencia de todo o sea que al final es el marco teórico que tenemos para entender todo no solamente lo pequeño Lo que pasa que con las cosas pequeñas Pues sí que se observan fenómenos que no son fáciles de ver en la vida diaria algunos de los cuales nos comentaba también Dani no entonces bueno como de pequeño es esto para ver estos fenómenos raros Bueno pues por ejemplo esto es una manera de visualizarlo No porque si os doy los órdenes de magnitud esos

números no los van a decir nada entonces Este es un ejemplo que sacó feinmann y que a mí me parece curioso y bonito no entonces la relación que existe entre el tamaño de un átomo y el tamaño de una manzana fijaros o sea el tamaño de un átomo y el tamaño de una manzana Qué relación existe entre una cosa y otra Pues sería la misma relación que existe entre una manzana y la tierra o sea creo que es un ejemplo bonito para que uséis creo que casi todos sois profesores de secundaria No eso me han

dicho entonces bueno puede ser un ejemplo que nos ayuda un poco a visualizar de qué estamos hablando cuando hablamos de cosas pequeñas no cuando hablamos de un átomo O sea que la manzana con respecto a la Tierra tiene el mismo tamaño relativo que el átomo con respecto a la manzana Bueno entonces más bien hoy lo que creemos es que todo es cuántico pero como os decía no vemos gatos vivos y muertos al mismo tiempo y entonces creo que es una pregunta válida decir bueno Qué efectos de la cuántica si son evidentes en la vida diaria

O sea qué cosas de la vida diaria sí que podemos explicar gracias a la física cuántica o qué aparatos o qué tecnología existente hoy en día existe gracias a la mecánica cuántica o la podemos explicar gracias a la mecánica cuántica Entonces mi charla va de esto es un intento de responder estas preguntas Bueno entonces como os decía una de las características uno de los fenómenos característicos de los que ha hablado Dani es la cuantización O sea que en el mundo clásico pues la energía puede tener cualquier valor pero en el mundo cuántico no no tanto

de las de las átomos de las moléculas la estructura o la radiación estaría cuantizada su energía Bueno vamos a ver primero una serie de consecuencias de esto entonces la primera consecuencia cuando nos levantamos por la mañana si usamos la tostadora ahí ya la vamos a ver una de las primeras porque cuando enciendes la tostadora Pues si observáis el color de la resistencia ese color va a ir pasando de un rojo oscuro a un rojo más claro luego es como naranja o sea Ahí hay una evolución en el color a medida que la temperatura de la

resistencia aumenta si os fijáis vais a ver que hay una evolución en el color Bueno pues eso es exactamente lo que predice la fórmula de planck de la que nos hablaba Dani O sea que la fórmula de plan te da la distribución de la energía en vez del cuerpo negro pensar en un cuerpo caliente Más o menos a estos efectos nos da lo mismo entonces pensar en la radiación que emite ese cuerpo caliente la resistencia de la tostadora entonces la radiación de esta tostadora está obedeciendo exactamente la ley de radiación que encontró planck O sea

que tenéis una primera manifestación de la cuántica eso no se puede explicar con la física clásica ese máximo de la de la radiación que va desplazándose que va desplazando el color a medida que aumenta la temperatura de la tostadora ya es una manifestación de la cuantización de la energía que por cierto fijaros la pinta que tenía plan que en ese momento es impresionante porque claro estamos más acostumbrados a pensar en plan como este señor calvo no pero es que en realidad tenía esa pinta de la izquierda cuando saco esto de la dematización Ah y una

cosa curiosa que quería haber dicho cuando estabas contando todo eso Que bueno algunos lo sabréis a plank la comisión de física del Nobel le dieron Bueno le querían dar el premio en 1908 o sea le eligieron y se lo iban a dar por lo visto a reinius fue el que más empujó para que le dieran el premio a él y le llamaron Incluso le dijeron Mira es que te vamos a dar el Nobel y al final claro la comisión de física propone a las personas y luego es una comisión más grande la que ya decide

De verdad entonces en esa comisión grande ahí lo tumbaron y le quitaron el Nobel de 1908 Y por qué pues por Lawrence Parece ser o sea Lawrence se enteró de que le iban a dar el premio a plank y alones no le gustó la idea eso de que como que cuantizar la energía no no la ley de la clásica la ley clásica Ya sé que parece que no pero nada eso tiene que resolverse alguna otra manera O sea que le quitaron el león a dar el Nobel ya en 1908 al final se lo dieron en

1918 creo 10 años más tarde O sea que es una anécdota curiosa Bueno vamos a pasar bueno Esto es lo que decía Dani no que comienza una Revolución a su pesar en realidad y siguiendo los pasos de Dani también pues Einstein va más allá que plan como él ha dicho muy bien introduce el fotón como no con esa expresión porque en realidad el fotón se debe a otra persona el nombre del fotón Pero bueno introduce el concepto ya dice que la radiación está cuantizada mediante las leyes estas de planck y explica el efecto fotoeléctrico Entonces

qué consecuencias del efecto fotoeléctrico podemos ver en la vida diaria Pues hay varias hay varias Por ejemplo los paneles solares funciona mediante el efecto fotoeléctrico que posiblemente tengáis alguno en casa quizá los paneles solares otro aparatejo que funciona con el efecto fotoeléctrico también es por ejemplo las puertas correderas esas que se abren Cuando entras a un banco a una determinada o cualquier lugar que se abre la puerta eso funciona con el efecto fotoeléctrico O sea que ahí tenéis otros ejemplos de la vida diaria de esta historia del efecto fotoeléctrico vamos avanzando por ya cuantiza los

niveles de energía de la materia hasta ahora estábamos hablando solo de radiación de la Luz entonces por cuantiza la materia con la teoría es aproximada de la que hablaba Dani primero Explica el espectro del átomo de hidrógeno muy bien luego vienen esas tremenda revolución de los años 20 con rodinger Von heisenberg en esos cinco años mágicos ahí sacan Prácticamente todo el formalismo de la cuántica va más allá la ecuación de rodinger ya no solamente explica la toma de hidrógeno sino que explica el átomo de helio en realidad cualquier otro casi entonces son esos años fantásticos

y bueno más o menos en esa época también de broi o de brogli como decimos nosotros en castellano pues Relaciona las partículas con las ondas no en esta fórmula famosa que ya por cierto es una cosa curiosa que no se suele decir esa fórmula ya la había escrito a Einstein Lo que pasa que para la luz pero ya la había escrito Einstein bueno El caso es que de broy saca esta relación entre la longitud de onda de las ondas de las partículas y el momento Entonces bueno asocia a las partículas una onda Es algo revolucionario

pero muy pronto se comprueba experimentalmente que tiene razón no O sea que hay un experimento de estos dos Davidson y germer que creo que no ganaron el Nobel me parece creo que no los dieron el Nobel lo comprueban que efectivamente hay fenómenos de difracción O sea que tiene razón este señor en pensar que las partículas están asociadas a una onda y enseguida viene una consecuencia también práctica un aparato que todavía usamos hoy en día que es la microscopía electrónica O sea que como los electrones tienen una onda asociada pues podemos utilizarlos como si fueran luz

la longitud de ondas muy distinta Entonces vamos a conseguir resoluciones mucho mayores que con la microscopía convencional o sea por ejemplo del orden de 2 millones de aumento con respecto a 2000 veces que sería la magnificación de la espectroscopia del perdón del microscopio óptico convencional O sea que ahí tenéis también una aplicación muy temprana ya de Estas ideas cuánticas bueno otra consecuencia interesantísima de la cuantización que no se suele comentar y no sé por qué porque es bien bonita es los colores de las cosas hay varios Fenómenos físicos que explican los colores pero bueno la

mayor parte de los colores de las cosas que vemos aquí hay que distinguir por ejemplo los colores de irisados de las aves de un pato y tal Bueno eso es otro fenómeno físico que lo explica pero vamos los colores que veis aquí en esta habitación de los libros de la pared de la puerta de todo lo que veis básicamente tienen una explicación cuántica se debe a la interacción entre la luz y la estructura discreta de los niveles de energía de la materia de los materiales entonces Bueno más o menos lo que ocurre Es que la

luz incidente tiene un espectro amplio con muchas frecuencias entonces ahí lo que pasa es que algunas de esas frecuencias entran en resonancia con los discretos que tiene el material O sea que logran esas frecuencias particulares están en resonancia y logran excitar el sistema Entonces eso luego es cita por distintos canales entonces lo que hace es en realidad es absorber el objeto el libro este verde lo que está haciendo es absorber una serie de frecuencias debido a su estructura la estructura molecular entonces lo que veis es el color complementario o sea lo que vemos en realidad

no es el color que absorbe el objeto sino el que refleja el que no absorbe de acuerdo O sea que es un fenómeno de casi de efecto de negativo no O sea el objeto absorbe una frecuencia si lo que el color que tú ves es el complementario de las que está absorbiendo O sea que a mí me parece una de las de las consecuencias muy fáciles de ver nunca Mejor dicho de la de la física cuántica y está ahí en todas partes y a todas horas y en cualquier lugar o sea que la explicación de

los colores bueno Esta es la bomba o sea esta consecuencia Bueno yo creo que lo decía Dani también en su charla la física clásica no puede explicar la estabilidad de la materia o sea con las ecuaciones de Newton y de Maxwell no consigues un átomo estable porque el electrón estaría radiando energía Entonces al final de caería y no tendrías átomos estables ni habría átomos ni habría moléculas ni habría nada Es decir la estabilidad de la materia esto se entendió bastante pronto Este es un libro ya muy antiguo en realidad se debe también a las leyes

de la física cuántica O sea que existimos y somos como somos y el mundo es como es por la física cuántica si fuera clásico esto no sería así pero ni de lejos no habría átomos ni moléculas O sea que la estabilidad de la materia es una consecuencia impresionante aunque a veces me hace gracia porque esto se le suele Llamar una consecuencia trivial por ejemplo en Campos como biología en el Quantum biology a esto le llaman consecuencia trivial de la cuántica hombre de trivial o sea es bastante gorda No es decir al final El mundo es

como es gracias a que las leyes que están ahí debajo son cuánticas y explican la estabilidad de los átomos y de las moléculas bueno seguimos un poco ese orden informal pero histórico entonces en 1928 también Dani hablado de esto pues dirac produce una ecuación en la que por cuestiones es una historia muy bonita de la física para mí no porque por cuestiones estéticas en realidad por simetría o sea él vea y las matemáticas quiere hacer una ecuación del electrón Entonces por cuestiones básicamente estéticas o de simetría pues Configura esa ecuación de una determinada manera y

ve que hay una solución que interpreta como le cuesta esa interpretación Pero al final da con ella Como una antipartícula Entonces sería lo que conocemos hoy como el positrón es decir un electrón por carga positiva no Entonces esto que es una pura elucubración matemática en ese momento pues unos años después bastantes fijaros 30 años después del descubrimiento teórico especulativo de esa partícula pues 30 años después se usa en una técnica muy importante de análisis de imagen médica que es la tomografía de emisión de positrones es una es una técnica que se usa por ejemplo en

una serie de cánceres también en cardiología en neurología se basa en Que bueno hay determinados compuestos radiactivos que emiten positrones entonces esos compuestos radioactivos el flúor 18 me parece que es uno pues se juntan por ejemplo con la glucosa o sea van a buscar a la glucosa de tal manera que en realidad Tú lo que ves aquí es las zonas metabólicamente activas no O sea que al final es donde la glucosa está funcionando en el organismo O sea que es una técnica importantísima que usa estos positrones estas antipartículas que inventó este hombre por una cuestión

puramente estética Bueno o sea que otra aplicación interesante en ese mismo año Félix blog termina la tesis él es el primer estudiante de heisenberg es el primer estudiante de doctorado de heisenberg y presenta la tesis en 1928 entonces en esa tesis en realidad lo que hace es sentar las bases de la teoría que conocemos hoy en día como teoría de bandas es la teoría que nos ayuda a entender Los sólidos y en particular estos aspectos de conductividad o sea por qué hay determinados materiales que son conductores o semiconductores o aislantes pues al final eso nos

lo explica la teoría de bandas en un sólido Tienes muchos átomos entonces en vez de niveles discretos que es lo que nos encontramos en el átomo de hidrógeno por ejemplo pues al haber tantos átomos y estar en interacción lo que ocurre es que se forman en vez de esos niveles de energía se forman bandas tenemos una banda de valencia que llamamos básicamente llena de electrones luego en algunos materiales Pues hay una especie de zona prohibida de energía ahí no no podría estar no podrían estar los electrones y luego viene otra banda que se llama la

banda de conducción por la cual los electrones pueden moverse más o menos libremente no entonces bueno los aislantes tienen esta configuración los conductores tienen esta otra es decir en un conductor es muy fácil que los electrones salten a la banda de conducción y por eso conducen y los semiconductores Pues están ahí en medio o sea tienen una un Gap una zona prohibida pequeña que podemos controlar bastante bien pues cambiando la estructura dopando que se dice dopando el material o con un campo eléctrico o mediante la temperatura o sea que tenemos la posibilidad de controlar el

paso de electrones de la banda de valencia a la de conducción O sea que los semiconductores nos dan una posibilidad de controlar de controlar la conducción eléctrica y esto es lo que se usa para el gran invento del siglo XX no según una serie de análisis seguramente es el gran invento del siglo XX el más importante Por lo menos con respecto al impacto económico que es el transistor Entonces el transistor Esta es la pinta que tenía el primero Sí muy muy rico no muy muy macarrónico Pero bueno Ese fue el primero Entonces el transistor básicamente

sustituye a la válvula Los más viejos del lugar aquí os acordaréis de las válvulas de las televisiones Pues el transistor un poco sustituye la válvula es una especie de controlador de la corriente o sea podemos a voluntad dejar pasar o no la corriente y también podemos amplificarla amplificar señales Entonces esto ellos son perfectamente conscientes de la teoría de bandas y construyen al transistor Sabiendo la teoría de bandas O sea que es una consecuencia directa de este avance de conocimiento No este señor de aquí es uno de los listos que hay este es el único que

tiene dos premios Nobel de física hay más personas que tienen dos premios Nobel pero este es el único que tiene dos de física bardín porque luego también descubrió la superconductividad no se conformó con el transistor y también descubre la superconductividad Bueno pues el transistor se puede decir que es la neurona electrónica de nuestra sociedad se fabrican billones y aquí uso no la terminología anglosajona Ya sabéis que en el mundo anglosajón billones mil millones pero para nosotros suele ser un millón de millones aquí estoy usando la expresión castellana no billones para mí significa un millón de

millones Bueno pues se fabrican billones de transistores cada segundo esa sería la estadística impresionante No aquí tenéis una figura donde se ve pues esta curva de aquí está recta en realidad en una escala logarítmica sería el precio de un transistor Y esto es el número de transistores que se producen por año no fijaros que qué órdenes de magnitud salen por aquí no dice la 21 O sea que es nuestra neurona cualquier cacharro bueno esto por supuesto esto los móviles o sea todo cualquier aparato electrónico funciona con transistores para daros algunos datos no la industria de

semiconductores Y ahora fíjate que cuando digo industria semiconductores No incluyo todavía los móviles ni los ordenadores o sea exclusivamente la construcción la fabricación de semiconductores supone en términos económicos pues aproximadamente 600.000 millones en ingresos en el año 2021 esto es la tercera parte por ejemplo de la industria farmacéutica de toda la industria farmacéutica solamente la fabricación de semiconductores o la mitad de la industria textil Claro si le añadimos la industria de los móviles y de los ordenadores Entonces ya pues nos salimos del concurso no O sea la industria de ordenadores y móviles supone 9 mil

millones 9.000 9.000 miles de millones al año Entonces estamos ya en una magnitud que es mayor por ejemplo Que si sumas la industria farmacéutica y la industria textil juntas O sea que el impacto económico es brutal no del transistor Bueno solo la industria semiconductores emplea por ejemplo más de un millón de personas de forma directa otro dato Pues que puede ser curioso 1.400 millones de móviles se venden en todo el mundo en un año 1400 millones de móviles es una cosa salvaje bueno y en esas en esos órdenes nos movemos no con este tipo de

aparato y todo esto pues no podría haber existido sin la física cuántica y sin la teoría de bandas Entonces esto es un poco lo que os decía integrados en los chips se encuentran en todas partes cualquier aparato electrónico que os imagináis no bueno y no solo eso sino que las grandísimas empresas por ejemplo IBM Microsoft Google Intel etcétera Pues claro ninguna de ellas existiría sin el transistor y sin la física cuántica Entonces el ordenador actual ya es un objeto cuántico Lo que pasa que no lo llamamos no lo llamamos ordenador cuántico eso me imagino que

Juanjo ayudará mañana en su charla a hacer esta distinción no pero ya tenemos aquí tecnología cuántica en cierto sentido porque los transistores son objetos cuánticos bueno vamos a avanzar un poco en el tiempo y en 1946 tenemos otro descubrimiento importante debido a estos estas dos personas por ser mi blog que es la resonancia magnética entonces la resonancia magnética básicamente es una es un espectroscopía o sea es una determinada interacción entre la radiación y la materia en este caso entre Campos magnéticos hay un campo fijo que establece pues posibles niveles de energía que pueden tener los

núcleos por ejemplo los hidrógenos que están en el agua que tenemos en el cuerpo entonces Bueno ese campo magnético fijo establece los posibles niveles y luego se aplica otro campo oscilante que lo que hace es excitar en resonancia esos niveles pasar de un uno al otro entonces luego dependiendo de la energía que se libere si has citado o no pues vas a ver la señal que va a depender también del entorno químico de esos núcleos de hidrógeno O sea que dependiendo de donde esté exactamente ese núcleo de hidrógeno de la molécula de agua Pues esa

perturbación del entorno va a influir en los niveles de energía y va a influir por tanto en las distintas respuestas que se va a obtener en la máquina entonces al final es lo que se usa en la resonancia magnética es un fenómeno un fenómeno absolutamente cuántico de libro O sea de espectroscopía y bueno no sé cuánta resonancias nos habrán hecho aquí en esta sala pero a mí ya unas cuantas no O sea unas cuantas es una técnica importantísima ahí tenéis un aparato que por cierto en la segunda Revolución cuántica una de las cosas que se

va a conseguir y que ya se está consiguiendo es conseguir resoluciones mucho mayores mucho mejores y además con aparatos Pues que van a ocupar mucho menos espacio también Bueno vamos a pasar al siguiente aparato y ahora por ejemplo yo estoy usando un láser no ahora mismo estoy usando un láser Bueno pues Este es otro aparato otro cacharro cuántico también otro de los grandes inventos cuánticos del siglo XX la base conceptual se debe a un descubrimiento de Einstein en realidad Qué raro no entonces Einstein se dio cuenta para hacer consistente las ecuaciones de equilibrio de la

radiación y la materia con las ecuaciones de Maxwell y tal él se dio cuenta de que aparte de pensar que los átomos excitados se van a descifrar de manera espontánea y de que también hay otro proceso que es pues la excitación de un nivel inferior de energía uno superior aparte tiene que haber otro fenómeno sino en las ecuaciones no cuadraban Entonces él simplemente por porque cuadraran las ecuaciones se dio cuenta de que tenía que haber otro fenómeno que en ese momento pues parecía bastante extraño que es lo que conocemos hoy como la emisión estimulada Bueno

pues la emisión estimulada consiste más o menos lo tenemos representado aquí consiste en que supongamos que el átomo está en un nivel excitado de energía está donde está la bolita roja esto representa que el átomo está excitado entonces la emisión estimulada consiste en que se incide un fotón justo con esta energía pues lo que ocurre el proceso que ocurre en emisión estimulada es que salen dos fotones gemelos y el átomo se deshicita eso sería el proceso O sea tienes conservación de energía pero lo que has creado es al final lo que resulta del proceso es

el átomo de sexcitado Y en vez de un fotón dos fotones que son gemelos o sea tiene la misma frecuencia tiene la misma dirección son gemelos Entonces esto si lo repites muchas veces tienes un láser porque consigues una una radiación muy intensa muy direccional lo que ponen en un láser es un par de espejos para que ese proceso se repita muchas veces Claro en el láser fijaros que tienes que tener átomos excitados entonces en los láseres tienes que tener un mecanismo de bombeo O sea tienes que gastar energía para que los átomos que estén ahí

dentro estén excitados y sean capaces de reaccionar de esta manera O sea que el láser consiste en un mecanismo de bombeo para excitar átomos y luego en dos espejos para que este proceso ocurra muchas veces y además ocurre Pues a lo largo de la dirección de los espejos Entonces al final lo que tienes es un Haz muy direccional muy intenso con fotones que son todos gemelos uno con respecto al otro entonces Bueno eso es el láser los fundamentos los estableció Einstein Aunque en realidad él pues no pensó en el láser no como una aplicación hubo

otra gente que pensó en eso primero pues estos dos Town s y shallow primero lo que trabajaron fue la versión de microondas en realidad del láser lo que se llamaba en aquella época el máster para espectroscopia de microondas molecular será un poco el objetivo y luego ya pues vino bueno sentaron las bases estos dos ya se entraron las bases de lo que de lo que podía ser el láser con luz en vez de con microondas y al final Bueno pues el que lo hizo fue Main Man en 1960 O sea que el primer láser es

de 1960 un láser de Rubí Este es el Este es el láser Rubí esto es una foto que sacaron en ese momento aquí como curiosidad pues es un artículo de 300 palabras que dicen que es el artículo más importante por palabra de la historia de la física y se lo rechazaron en física al review porque decían que había muchos artículos sobre más seres y que ya estaba bien de tanto máster y que entonces se lo rechazaron en física review lo mandó a nacer y me ha hecho la sultana entonces bueno es una historia curiosa no

en fin un poco de cotilleo aquí entre nosotros es curioso bueno las aplicaciones de los láseres son infinitas No aquí tenemos por ejemplo yo que sé soldadura limpieza corte manufactura aditiva en impresoras 3D ablación taladrado grabado Entonces como se imagináis todas estas operaciones Pues repercuten en muchísimas industrias en la industria médica por supuesto aplicaciones médicas en cirugía los dentistas ya mencionado antes las impresoras 3D electrónica aeronáutica sensores automóviles en fin o sea todo tipo de aplicaciones en comunicaciones también son muy importantes no por ejemplo la fibra que os llega a casa seguro que muchos de

vosotros tenéis en casa fibra no Bueno entonces qué es eso de la fibra que te llega a casa como qué cómo te llega esa señal Pues con láser esa señal nos lleva con un láser o sea que las comunicaciones por fibra óptica usan láseres también se usan en comunicaciones pues más complejas como submarinas por ejemplo es mucho mejor el láser que otro tipo de radiaciones también para los satélites en fin en general en comunicaciones bueno Esto me parece curioso dar estos datos o esta visión aquí tenéis el mercado de los láseres En qué en qué

consiste no O sea Dónde dónde intervienen los láseres entonces aquí veis un buen pedazo del queso pues como un cuarto así más o menos está en comunicaciones Y quizá el pedazo más grande pero luego tienes un pedazo muy grande Pues en sensores sensorica procesamiento de materiales esto es todo eso que os decía de corte hablación todo ese tipo de en la industria no procesamiento de materiales bueno aplicaciones militares también claro investigación casi todos los departamentos de física y de química pues tienen ahí sus laboratorios con láseres haciendo espectroscopia aplicaciones médicas litografía en fin o sea

es curioso ver un poco Cuál es la distribución del impacto de los láseres en nuestra sociedad y en las distintas industrias Bueno voy a pasar al siguiente tema que es el tiempo el tiempo ya os Decía que cuando te levantas por la mañana ese reloj despertador en realidad Está siguiendo un patrón de tiempo y cómo se fija ese patrón de tiempo Bueno pues con fenómenos cuánticos también o sea seguimos los relojes el patrón de los relojes atómicos Entonces vamos a pensar un poquito primero Cómo definimos el tiempo de forma pragmática definimos el tiempo contando silaciones

de un patrón estable O sea suponemos que algo oscila de manera estable Y con esa suposición contando las oscilaciones definimos el tiempo que ha pasado Entonces al final del tiempo y la frecuencia están íntimamente unidos porque tú tienes que definir el patrón con una frecuencia fija es muy importante para tener un buen reloj que fijes muy bien la frecuencia de oscilación de ese reloj Y a partir de fijarlo muy bien la frecuencia ya cuentas un número de oscilaciones Y eso Define el segundo o el transcurso del tiempo que sea Bueno entonces cómo cómo hacemos hoy

en día pues hoy en día utilizamos el patrón que nos dan los relojes atómicos que se basan en los átomos de cesio este patrón atómico cuántico se impuso en 1955 antes qué patrones se usaba pues la rotación de la Tierra era un patrón astronómico Entonces esto es más preciso la oscilación vamos a ver luego En qué consiste Exactamente esa oscilación pero la oscilación que nos da el tiempo en el reloj atómico es más estable más precisa que la oscilación que sacamos de la evolución de los astros para daros algún ejemplo no pensamos que la rotación

de la Tierra eso tiene que ser bueno súper estable pero no lo es tanto si nos ponemos a pensar en ello por ejemplo fenómenos que influyen pues la fricción de las mareas ese movimiento de las mareas la luna y tal todo esa fricción eso en realidad está frenando la rotación de la Tierra y eso además con relojes atómicos sabemos exactamente cuánto lo está frenando otro fenómeno curiosísimo es que en invierno y en verano la tierra rota con velocidades distintas Y por qué pues es por un fenómeno de conservación de momento angular es por la nieve

que se acumula en lo alto de las montañas en el hemisferio norte o sea en el hemisferio norte hay más tierra que en el hemisferio sur Entonces cuando es invierno en el hemisferio norte se acumula más nieve y tenemos un fenómeno de conservación de momento angular muy parecido a lo de los patinadores no os habréis fijado en los patinadores sobre hielo que lo que hacen es recoger los brazos para rotar más rápido y los abren para rotar más despacio Pues es lo que hace la tierra en verano Y en invierno entonces O sea la rotación

de la Tierra en realidad no es estable y es más rápida en verano que en invierno entonces Bueno ahí tenéis un ejemplo también bonito de efecto hay otros efectos que hacen que la rotación que los padrones astronómicos no sean suficientemente estables por ejemplo los polos se mueven también por movimientos internos de la tierra la geología y tal Bueno pues hay una serie de defectos que hacen que en realidad el reloj atómico sea mucho más estable y que sea mejor como patrón a mí me suele gustar en este momento citarras en Agustín que es bueno ya

han pasado muchos años pero es que el tío Tuvo una visión bastante buena en el siglo cuarto o quinto dijo algo así él pensó bastante en el tiempo en sus escritos no y una cosa que dijo fue hoy una vez a un sabio decir que los movimientos del Sol de la luna y de las estrellas constituían el tiempo pero no estuve de acuerdo por qué no podrían los movimientos de todos los cuerpos ser tiempos y eso es exactamente lo que ha pasado históricamente no O sea hemos usado el sol y la tierra para definir el

tiempo hasta el año cincuenta y tantos y a partir de ahí ya estamos usando otra cosa entonces aquí veis un poco la precisión como ha evolucionado los errores de los relojes con el tiempo no entonces bueno veis los primeros relojes mecánicos El péndulo de joyens Pues perdía yo que sé un minuto por día más o menos el cronómetro famoso de Harrison el mejor los relojes de cuarzo son muy buenos o sea es muy estable el reloj de cuarzo se basa en un cristalito de cuarzo que oscila entonces es muy estable esa oscilación es muy estable

Lo que pasa que la frecuencia exacta depende de cómo cortes el cristal y eso es lo que fastidia al cuarzo no como patrón O sea ya que dependas de cómo cortas exactamente el cristal ya te fastidia el patrón entonces son muy estables pero luego veremos que se usan de hecho en los relojes atómicos veremos cómo Entonces a partir de aquí ya viene la era atómica o sea aquí ya nace el reloj atómico y fijaros con qué pendiente se va mejorando el error no O sea ahora Estamos en unos errores que son de locos no O

sea un segundo por 10 billones de años sería el error o sea es una cosa que parece exagerada y qué es bueno Luego comentaremos sobre eso un poquito más qué es lo que oscilan un reloj atómico eso es importante tener en cuenta no porque en El péndulo está claro que es lo que oscila pero en el reloj atómico qué es lo que oscila bueno pues lo que oscila es el campo eléctrico el campo eléctrico que va a excitar en resonancia una transición concreta de nuevo aquí volvemos a la cuantización a la descretización de los niveles

de energía de la materia en este caso del átomo de cesio el átomo de cesio tiene dos niveles en particular que son los que nos interesan porque son muy estables aguantan ahí perturbaciones de Campos magnéticos y tal son muy estables entonces por eso Hemos elegido o los neutrólogos eligieron en su momento dos niveles particulares del átomo de cesio muy estables con respecto a perturbaciones entonces lo que oscila no es la población del Estado excitado No no es el campo el campo que interacciona este campo eléctrico que interacciona con el átomo y excita al átomo entonces

esa es la oscilación que nos interesa esa es la frecuencia que nos interesa entonces lo que hacemos en un reloj atómico en realidad es de manera artificial ir cambiando la frecuencia del campo de excitación hasta que vemos que estamos excitando al átomo Entonces cuando vemos que estamos excitando el átomo nos fijamos en la probabilidad de citación y hay una curva de la excitación que se ha borrado Por cierto en esta versión tenemos una curva de la polaridad de situación con respecto a la frecuencia claro esa curva tiene un máximo y lo que hacemos en el

experimento del reloj atómico es ir moviendo artificialmente la frecuencia del campo de citación hasta que vemos que estamos justo en el pico y lo que hace el reloj atómico es mediante un mecanismo de control va cambiando ahí un poquito la frecuencia para la derecha por la izquierda para estar siempre en el pico de manera que lo que estamos haciendo es fijar la radiación justo en la frecuencia de resonancia de ese átomo O sea que el átomo es el que nos ayuda a fijar muy bien la frecuencia para definir luego el tiempo esta es la pinta

que tiene más o menos un reloj atómico uno de los sencillos O sea que lanzaríamos los átomos de cesio los lanzamos primero hay una selección dejamos solamente el estado fundamental y aquí tienes esa excitación que os comentaba en toda esta zona de aquí no Entonces es curioso Porque aquí se usa un cristal de cuarzo precisamente ahí hay un fenómeno físico que es el bueno el que la frecuencia de oscilación del cristal de cuarzo depende del campo eléctrico que le apliques Entonces eso es lo que se usa recordar que el cristal de cuarzo es muy estable

O sea que lo que usamos aunque no sabemos Con qué frecuencia estamos trabajando pero sí sabemos que cuando fijamos la frecuencia del cristal es muy estable entonces por eso lo usamos en los relojes atómicos Así que lo que vas haciendo con un mecanismo aquí de feedback del servocontrol es ir cambiando un poquito la frecuencia para observar que siempre estamos en el pico de excitación que siempre tenemos la frecuencia que está excitando a esos dos niveles del átomo al cesio y luego la configuración está de que los átomos viajen de esta manera o sea de manera

perpendicular a la excitación es para evitar el efecto Doppler que es el que observáis cuando la ambulancia toca la sirena y vemos que se acerca y que se aleja ahí vemos que hay un cambio de frecuencia no Entonces eso no nos interesa el reloj atómico no queremos que cambie la frecuencia eso nos ancharía la señal entonces para evitar el efecto Doppler por eso lanzamos los átomos de esta manera O sea que ahí tenéis una primera explicación cuántica de reloj atómico Pero hay más en realidad los relojes atómicos los que se usan hoy en día los

más avanzados usan una configuración ligeramente más más complicada que es que hay dos zonas de excitación hay dos zonas O sea no una como exponía en la figura anterior sino dos zonas Entonces tenemos un fenómeno de la doble rendija porque el átomo se puede excitar en la primera o en la segunda entonces acordaros de la doble rendija hay interferencia cuántica puede haber interferencia porque os excita en la primera o se excita en la segunda Entonces se forma una interferencia cuántica el patrón de excitación entonces tiene esa forma de patrón de interferencia es un patrón mucho

más estrecho Y eso nos ayuda a definir la frecuencia con más precisión Así que en realidad Esa es la técnica que se usa hoy en día que los mejores relojes tienen una precisión brutal Y por qué queremos una precisión tan grande no nos estamos pasando Bueno pues no porque gracias a los relojes por ejemplo el GPS que tenemos casi todos en el coche o cuando vamos al funciona cómo funciona con relojes atómicos que están en los satélites O sea que ahí en cada satélite del sistema GPS hay un reloj atómico emitiendo señales de tiempo y

nuestro receptor lo que recibe son señales de tiempo y por triangulación Calcula es un cálculo muy sencillito Dónde está dónde estamos O sea que al final el GPS funciona gracias al tiempo y gracias a la mecánica cuántica gracias a los relojes atómicos que están volando por ahí arriba vale o sea que por una parte relojes más precisos implican GPS más preciso también no voy a entrar en los detalles pero mejoraría también por ejemplo los radiotelescopios las comunicaciones funcionan también gracias a la medida de tiempo muy precisa para empaquetar la información de manera ordenada O sea

que las comunicaciones también usan relojes atómicos las principales consumidores comercialmente de relojes atómicos son las compañías eléctricas Cómo se llama aquí la compañía eléctrica un elco era o ya no existe endesa unelgo no existe Bueno pues Por qué usan relojes atómicos porque tienen Porque si baja la frecuencia por ejemplo saben que alguien está chupando y está robándoles o que hay una necesidad de energía en un determinado punto de la red O sea que necesitan también relojes atómicos en las compañías eléctricas Bueno aparte otro otra razón muy importante de usar relojes atómicos Es que para para

diseñar el reloj atómico tienes que saber mucha física por ejemplo hoy en día tiene que tener en cuenta la relatividad porque no es lo mismo Poner el reloj aquí que 100 metros más arriba por efecto relativistas Entonces tienes que saber un montón de física de manera que hay una especie de círculo virtuoso ahí no O sea que los mejores relojes atómicos en realidad te ayudan a saber más física y si sabes más física vas a hacer mejores relojes atómicos O sea hay un círculo virtuoso muy bonito y bueno es una de las razones también que

nos impulsan a seguir trabajando Aunque parezca que ya es una pasada la precisión que se tiene Pues todavía seguimos trabajando en eso Bueno pues ya en fin bueno esto como detalle curioso la medida del tiempo es tan precisa que de hecho otras cantidades se definen gracias al tiempo por ejemplo el metro se define a partir del segundo y el segundo como se define pues es un número de oscilaciones acordaros lo que lo que os decía al principio no O sea que al final cuentas oscilaciones Entonces es este número de oscilaciones del campo que excita a

esa transición concreta del átomo de cesio eso es el segundo y diréis y por qué han cogido ese número tan raro no O sea Podrían haber cogido en vez de esto pues Oye redondea no pues no Por qué cogieron este número Bueno pues por continuidad con la definición que existía anteriormente con el patrón astronómico para que hubiera una continuidad por eso es este número tan extraño bueno los relojes que se usan hoy en día usan ese método que os decía y además usan otra cosa cuántica que es el enfriamiento por láser o sea usan átomos

muy fríos para que la curva de excitación esa curva importante de excitación que nos ayuda a fijar la frecuencia sea lo más estrecha posible si usan átomos ultrafríos Este es un fenómeno porque podéis pensar cómo estamos enfriando átomos mediante un láser no el láser parece que lo normal es que caliente como es que enfría Bueno pues enfría también hay toda una teoría detrás que lo explica básicamente también es por Einstein o sea Einstein se dio cuenta de que los fotones llevan momento Entonces al final lo que pasa es que cuando choca entre comillas si queréis

el fotón con el átomo cuando están resonancia el fotón con el átomo como el fotón lleva momento o sea le choca y le transfiere ese momento Entonces lo para para el átomo O sea que básicamente Ese es el principio que explica el enfriamiento por láser y es otro elemento más cuántico que usamos en la definición del tiempo bueno el efecto túnel se empieza a discutir en el año 28 en el contexto de la física nuclear el efecto Thunder yo creo que más o menos aviso de hablar de él o sea la partícula cuántica es capaz

de atravesar una barrera Incluso si su energía cinética es inferior a la energía de la Barrera Y eso en la vida diaria pues se observan una serie de objetos Como por ejemplo el pendrive que usaba yo para esta charla eso funciona con efecto túnel por ejemplo la energía o sea la radiación del sol al final las reacciones nucleares de fusión del sol ocurren por efecto túnel O sea que fijaros si tenemos Ahí otro efecto gordo cuántico que nos afecta en la vida diaria las reacciones nucleares del sol luego como técnica pues tenemos también una consecuencia

del efecto túnel está Esta técnica que es otra microscopía que se desarrolla en los años 80 la microscopía túnel de barrido por primera vez se ven los átomos uno a uno a mí mi profesor de ciencias me acuerdo perfectamente que me dijo los átomos nunca se van a ver nunca se van a ver pues mira ahí los tienes Entonces esta resolución se ha conseguido gracias al efecto túnel es es un bueno es fácil de entender en realidad el efecto túnel de la corriente depende exponencialmente de la distancia de la Barrera entonces la corriente esto lo

que es es una una punta que se va moviendo por encima del objeto de la superficie Entonces al moverse por encima de la superficie si tú le impones al ordenador que controla el movimiento de la punta que la corriente la mantenga siempre igual Pues esa punta va a ir moviéndose de acuerdo con los átomos que están abajo no Entonces al final sacas estas imágenes espectaculares no de los de los átomos 11 O sea que un poco es parecido a mí está analogía me gusta no es parecido a lo que haría una persona invidente para para

reconocer una cara no o sea es algo parecido es una especie de portacto no O sea mediante el tacto se puede decir que estamos desarrollando esta microscopía túnel de barril bueno y yo creo que ya me parece que me falta muy poquito bueno por supuesto las reacciones químicas son consecuencia de la física cuántica se está especulando esto es más una especulación que otra cosa Hay bastante investigación es un campo nuevo y se está estudiando pero todavía no hay en fin hay experimentos pero no hay una confirmación total de todas maneras me gusta mencionarlo que se

está investigando Y se cree hay propuestas de que por ejemplo la navegación de los pájaros como demonios vuelan los pájaros no miles de kilómetros como saben dónde tienen que ir qué está pasando ahí entonces bueno parece Claro que están detectando el campo magnético de la Tierra y cómo lo detectan cuando es tan débil no entonces ahí bueno ideas de que eso se debe también a que tienen ahí una especie de detector cuántico no esa es una de las ideas hay más por ejemplo también que el olor que nuestra capacidad de oler interviene el efecto túnel

también se especula con que intervenga la física cuántica directamente en la fotosíntesis de una manera no trivial es decir no solamente por la estructura de las de las moléculas involucradas bueno y en fin ya para terminar simplemente decir creo a ver si os he podido convencer de que vivimos en un mundo cuántico y es fácil verlo Sabiendo dónde mirar O sea no hace falta irse a un laboratorio de millones de euros para ver cosas cuánticas es decir Charlando y tomándose un café ya puedes sentir el sol ver los colores en fin hay muchas razones para

ver la física cuántica en nuestro entorno Muchas gracias [Aplausos]