Física cuántica I

Conjunto de teorías que evalúan fenómenos y eventos que ocurren a escala microscópica, el comportamiento de las partículas involucradas como quarks, protones, electrones, fotones y los mismos átomos. A diferencia de la mecánica clásica, cuyas leyes se basaban en certezas observables en fenómenos cotidianos, la física o mecánica cuántica se basa en probabilidades rompiendo con el esquema de estudio de la física clásica, debido a que se enfocaba en lo no observable y en lo no medible.

Posee tres pilares o bases:

• Las partículas intercambian energía de manera discreta y en múltiplos enteros. La mínima cantidad posible de energía se le conoce como “cuanto” de energía.
• La dualidad onda-partícula es una de las características fundamentales de las partículas, consideradas en la física cuántica
• El principio de incertidumbre o de indeterminación de Werner Heisenberg, afirma que es imposible encontrar información exacta de la posición y el momento lineal de la partícula al mismo tiempo. 

Otra diferencia entre la física clásica y cuántica es el valor mínimo de la acción. La acción es un concepto físico importante utilizado en la mecánica clásica, relativista y cuántica. Es lo que se conoce como el producto de la energía empleada en la realización de un proceso y el tiempo que dura dicho proceso. Según la física clásica, el valor mínimo de la acción es cero debido a que la acción ocurre de manera instantánea. Sin embargo la física cuántica postula que existe un valor mínimo, pero diferente de cero. Luego Planck decidió “atomizar” la acción, es decir, descomponerla en cuerpos conocidos como átomos de acción o “cuantos” de movimiento.

Efectos o fenómenos cuánticos: 

Pese a ser fenómenos extraños y pocos usuales, tanto que el mismo Einstein pasó años tratando de probar errónea la física cuántica, estos han sido finalmente respaldados con experimentos y poseen aplicaciones en la creación de herramientas:

Fenómeno de superposición: Este fenómeno señala que una partícula puede encontrarse en la misma posición en un intervalo de tiempo en diferentes lugares, sean cercanos o muy lejanos. No se tiene certeza de que esto sea un hecho, pero la física cuántica trabaja con probabilidades, por lo tanto se debe tomar en cuenta dicho caso.

Fenómeno de entrecruzamiento: Dos partículas de diferentes lugares pueden estar unidas, esto se refleja en una especie de “comunicación” entre dichas partículas, por ello, al modificar el estado de una, la otra también se ve afectada. Gracias a este fenómeno, los científicos e ingenieros afirman que es posible construirse ordenadores cuánticos que permitan el envió de información entre puntos totalmente remotos. De igual modo, la idea de la teletransportación cuántica podría concretarse considerando dicho fenómeno.

Efecto túnel: Las partículas pueden atravesar paredes de energía o barreras de potencial por la característica de la dualidad- onda partícula. Este efecto ha servido como base para la construcción de microscopios que nos permiten visualizar los átomos de un material.

Se observa que la física cuántica posee diversas aplicaciones en diversos campos:

En la electrónica es utilizada para la creación de transistores (según el efecto túnel) para regular la corriente y amplificar las señales eléctricas de manera más eficaz (en las radios, televisores, etc.) También tiene un impacto en los teléfonos celulares al reducir el consumo de energía, en la elaboración de nanotubos de carbono más resistentes que el acero o la construcción de chips que funcionan sin generar calor.

En la computación se utiliza para aumentar la velocidad en el procesamiento o criptografía de datos. Por ello, problemas como la factorización de números pueden solucionarse. Además también es aplicable en mantener la seguridad informática (algoritmo de Shor).

En la medicina se utiliza para la construcción de sistemas láser, que aprovechan la cuantificación de energía de los orbitales nucleares para producir luz monocromática. También están tratando de llevar a cabo radioterapias más precisas gracias a los puntos cuánticos que se encargarán de marcar las células cancerígenas para un tratamiento efectivo y evitar el deterioro de tejidos y órganos vitales.