Wolfgang Ketterle: «Creamos el lugar más frío del Universo en nuestro laboratorio»

Según explicó a ABC Wolfgang Ketterle, invitado a Madrid por la Fundación Ramón Areces y la Real Sociedad Española de Física para impartir una conferencia, los condensados de Bose-Einstein son a la materia lo que el láser es a la luz : un estado en el que los átomos (en el primer caso) y los fotones (en el segundo) se coordinan y adquieren propiedades muy interesantes. Este profesor en el Instituto Tecnológico de Massachusetts habló sobre los condensados y sus propiedades, sobre su visión de la educación y sobre los límites de la temperatura. A pesar de llevar casi 30 años trabajando en Estados Unidos, este reputado científico conserva un fuerte acento alemán.

-La física está en todas partes: en átomos, en las estrellas, dentro de las células. Pero, ¿todo es física?

Sí, la física es definitivamente fundacional, pero no estoy de acuerdo con esa afirmación. Paul Dirac dijo una vez que con sus ecuaciones ya entenderíamos toda la química. De alguna forma lo es, pero lo que hemos aprendido en la ciencia es que en el momento en que incrementamos la complejidad en cada nivel emergen nuevas principios fundamentales. Esto ocurre al pasar de un sistema con una partícula a otro con muchas partículas, o incluso llegar al nivel de las moléculas o las células.

Philip Anderson dijo una vez que «más es diferente». Así que si entiendes las partículas básicas no tienes suficiente para entender todo el mundo. Hay ciencia fundamental que estudiar para cada nivel de complejidad.

Por eso no diría que la física lo es todo. Está dentro de todo, pero en cada nivel puedes hacer increíbles descubrimientos y conseguir nuevos conocimientos.

-¿Por qué decidió estudiar física?

Cuando era joven estaba en una encrucijada . Estaba interesado en la informática, en los ordenadores, en las matemáticas y en la física. Pero me di cuenta de que la física tenía un montón de elementos que me gustaban: tenía matemáticas, estudiaba el mundo real y me permitía construir cosas, por entonces aún me gustaba jugar con legos o construir juegos de electrónica. Al principio estudié matemáticas (obtuvo un diploma) pero me gustó mucho la combinación de descripciones cuantitativas, de análisis del mundo real y la posibilidad de hacer experimentos que ofrece la física.

Pero lo cierto es que cuando decidí estudiar física aún no tenía ni idea de cómo era la física real o cómo iba a dirigir o llevar a cabo una investigación. Eso está muy lejos del instituto. Pero cuando aprendí lo que realmente era, mi pasión y mi emoción simplemente continuaron.

-¿Incluso hoy en día mantiene contacto con el mundo real a través de experimentos, o trabaja en algo más abstracto?

Sí, soy experimentador y tengo que lidiar con fugas, necesitamos sistemas de refrigeración, bombas, cámaras de vacío... También debemos saber manejar la fontanería, la óptica, la electrónica , los ordenadores... No solo hablamos sobre los condensados Bose-Einstein. Tenemos que hacerlos en el laboratorio. En ese sentido siento que el laboratorio me conecta con la realidad, porque hacemos condensados de Bose-Einstein reales.

Pero si ahora me preguntas en relación con el objeto de estos condensados, de acuerdo, al trabajar con muy bajas temperaturas, trabajamos con una forma muy idealizada de la materia . Algo cuyas propiedades están muy lejos de las propiedades de los materiales ordinarios. Aun así, con esta investigación podemos lograr una profunda comprensión de lo que ocurre dentro de la materia. Por eso siento que somos expertos en lo que ocurre dentro de los materiales reales.

-¿Cuál es la principal enseñanza que ha aprendido a lo largo de su carrera?

Recomendaría lo siguiente: intenta construir una personalidad única, desarrolla un juicio propio, piensa en las cosas por tu cuenta. Con frecuencia les digo a los estudiantes que confíen en sí mismos, que descubran por sí mismos y que desarrollen su juicio propio. En el campo de mi investigación en átomos fríos, trato de desarrollar ideas distintas a las que tienen otras personas , y ver las cosas desde una perspectiva diferente. Creo que esto es clave para la gente a la que se dedica a la investigación, pero también para los demás. Necesitamos gente innovadora. Los líderes tienen que ser creativos. Y no eres creativo si sencillamente tratas de copiar a otro.

-¿Cree que nuestro sistema educativo facilita que los chicos desarrollen esas cualidades?

En Estados Unidos al menos creo que los niños que acaban el instituto están bien preparados y motivados para la siguiente etapa de su vida. Ahora bien, también diré que tengo estudiantes en el MIT que llegan y que están mucho mejor entrenados para no pensar demasiado y en resolver ecuaciones de una forma estándar, pero sin entenderlas realmente.

En las clases intento que los estudiantes piensen más profundamente. Me gusta coger un ejemplo que ellos creen que entienden bien y entonces les hago verlo desde una perspectiva diferente para que se den cuenta de que en realidad no lo comprendían tan bien.

Para mí el proceso de aprendizaje es mirar las cosas con una perspectiva totalmente diferente , porque una única perspectiva nunca es suficiente. Es necesario coger piezas de conocimiento y tratar de conectarlas para descubrir analogías y ver cómo las distintas cosas están relacionadas.

Por eso, en conclusión, creo que deberíamos animar a nuestros estudiantes a pensar más profundamente y no simplemente aprender cosas. Porque hay una diferencia entre aprender, conoce y entender. Y el entendimiento profundo es la base de la creatividad.

-¿Cuál es la gran pregunta científica que le interesa más? ¿De dónde venimos, cómo surgió la vida, cuál fue el principio?

(Larga pausa). Creo que si pudiera elegir una pregunta, sería cuál es el origen del mundo. Pero no sé si esto es una pregunta científica o filosófica, porque tenemos que referir el origen del mundo al Big Bang, y no está nada claro que la ciencia pueda responder a la pregunta de qué había antes del Big Bang o por qué ocurrió.

Aparte de eso, las preguntas científicas más fundamentales son sobre la naturaleza del Universo: por qué tenemos materia y no antimateria, o qué es la materia oscura y la energía oscura. En las últimas décadas hemos descubierto que solo comprendemos el 4 por ciento de la materia y la energía del Universo , que es la que está formada por protones, neutrones y electrones. El 26 por ciento restante es materia oscura y el 80 por ciento es energía oscura. Esto es un puzzle fundamental. No sabemos qué son. Son oscuras. Nadie las ha visto (susurra).

-¿Podrían los condensados Bose-Einstein, con los que trabaja, ayudar a resolver estas cuestiones?

Quizás de una forma indirecta. Nuestra investigación se ha extendido por todo el mundo, y quizás hayamos inspirado a otros físicos a tenerlos en cuenta. Quien sabe, hay una posibilidad de que la materia oscura esté compuesta por una partícula desconocida en un condensado Bose-Einstein.

-¿Cuáles son las propiedades más sorprendentes de estos condensados?

En un condensado, millones de partículas se comportan como una gran onda y tienen propiedades similares a las de la luz láser. De hecho, los condensados son a la materia, lo que el láser es para la luz. ¿Por qué? La luz láser es muy diferente de la luz corriente. Todo el mundo lo sabe. Mientras que los fotones de la luz ordinaria van en direcciones aleatorias y su campo electromagnético es incoherente, en el láser este campo es coherente y los fotones van en una sola dirección. Lo mismo ocurre en un condensado.

Las partículas de un gas normal se mueven de forma aleatoria y en todas direcciones, pero en los condensados todos los átomos están en una misma onda cuántica macroscópica y las partículas marchan del mismo modo. Otra propiedad importante de los condensados Bose-Einstein es la superfluidez .

-¿Es como si un montón de átomos funcionasen al unísono?

Algo así. Están en una gran onda y se comportan como un gran objeto cuántico mecánico.

-¿Y cuál es el límite de tamaño? ¿Cuántos átomos se «pueden coordinar» así?

Los más grandes tienen cientos de millones de átomos. Pero la mayoría de los experimentos se conforman con millones. Esto suele ser suficiente y muchas veces es mas difícil trabajar con más atomos. Por eso no hemos visto ningún récord en el tamaño de los condensados de Bose-Einstein recientemente.

-¿Estos condensados se podrían llegar a ver?

Buf, creo que sí que los hemos visto. ¿Usted ve esta taza de café o ve la luz que rebota desde la taza? Yo he visto la luz dispersada por los condensados de Bose-Einstein. La hemos recogido con una cámara y la hemos procesado con un ordenador.

El mayor problema con estos condensados es que solo viven en cámaras de vacío . Así que no podemos verlos en el mundo real porque ahí se calentarían y desaparecerían.

-¿Cuáles son las principales aplicaciones de los condensados de Bose-Einstein?

La aplicación más importante es que nos permiten conseguir una profunda comprensión de la materia . Con los principios que descubramos ayudaremos a los futuros diseñadores a encontrar nuevos materiales y dispositivos con aplicaciones en el mundo real. Es decir, la mayor parte de la investigación es básica.

Aparte de eso, los átomos muy, muy fríos, tienen aplicación en sensores y en concreto en relojes atómicos de precisión. Estos se están usando ahora para medir el campo gravitacional de la Tierra, lo que puede servir, por ejemplo, para buscar yacimientos de petróleo . Además los condensados Bose-Einstein podrían tener un papel en la investigación de los ordenadores cuánticos .

-¿Cuál es el lugar más frío del Universo?

Diría que ha estado en mi laboratorio, y en otros laboratorios donde se investiga este campo. Nosotros hemos llegado a récords de temperatura, porque hemos enfriado los condensados Bose-Einstein a menos de un grado nanokelvin (o sea, cerca de 0,000000001 grados kelvin, es decir casi 0 grados kelvin, lo que equivale a -273,16 grados centígrados). En concreto, ingresamos en el libro Guiness de los récords por lograr la mínima temperatura alcanzada, al llegar a los 450 picokelvi n (un picokelvin es la milésima parte de un nanokelvin). Desde entonces se ha llegado incluso a temperaturas inferiores.

-¿Y se podría llegar a la mínima temperatura posible, el cero absoluto (-273,16 grados centígrados)?

A medida que esta ciencia avanza se alcanzan temperaturas cada vez más bajas. Pero, ¿llegaremos al cero absoluto? Absolutamente no. Puedes acercarte cada vez un poco más , pero a medida que lo haces, cada vez necesitas más tiempo. Si quieres llegar a grados microkelvin, necesitas un segundo, si quieres llegar a nanokelvin, cientos de segundos, si quieres llegar a picokelvin, decenas de miles de segundos, y así sucesivamente.

Matemáticamente, eso quiere decir que si quieres llegar al cero absoluto haría falta una cantidad infinita de tiempo. Pero no importa. Cuando enfrías un condensado hasta los 100 nanokelvin ya tienen las propiedades del cero absoluto. Las diferencias son tan pequeñas que no pueden medirse.

Es lo mismo que ocurre con el agua. El agua se congela a 0 grados y, si la enfrías a 100 bajo cero, sigue siendo hielo y se comporta prácticamente igual. De hecho, el hielo es prácticamente la forma del cero absoluto del agua , no pasaría nada más si la enfriaras hasta los 273,16 grados bajo cero.

Así que cuando vamos hacia temperaturas cada vez más bajas no buscamos hacer condensados de Bose-Einstein más fríos, sino descubrir nuevos métodos de enfriamiento de diferentes sustancias, para observar cambios en sus propiedades y transiciones de fase .