Cohen-Tannoudji: “Bose-Einstein kondentsatua orpoz orpo desfilatzen duten soldaduak bezalakoa da”
2005/11/01 Rementeria Argote, Nagore - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria
Nire ustez, mekanika kuantikoaren zailtasun nagusia da mundu mikroskopikoan agintzen duela. Izan ere, oinarrizko partikulen portaera azaltzen du, atomoena, elektroiena... Eta portaera hori eta mundu makroskopikoan ikusten duguna, intuizio klasikoak agintzen duena, oso desberdinak dira.
Dena dela, komeni da jendea ohartzea bizi garen mundu honetan mekanika kuantikoa edonon dagoela, egunero erabiltzen ditugun tresnetan dagoela, alegia. CD-irakurgailuak, transistoreak, ordenagailuak, internet, etab. Tresna teknologiko horiek guztiak efektu kuantikoetan oinarrituta daude: transistore-efektua, emisio estimulatua, laser argia...
Beraz, mekanika kuantikoaren zailtasuna honetan datza: mundu klasikoan ikusten ez ditugun fisikako kontzeptuak ditu, adibidez, materia, partikulaz ez ezik, uhinez ere osatzen dela. Kontzeptu zaila da.
Optika kuantikoak azaltzen du nola erabil daitekeen argia informazioa transmititzeko, fotodetektagailu oso sentikorrak egiteko, kamera digitalak... Zertan dihardudan norbaiti azaltzeko, horietako adibide bat hartzen dut, eta nola funtzionatzen duen azaltzen diot.
Horretaz gain, uste dut garrantzizkoa dela jendeari esatea fisikak oinarrizko galderei erantzuten diela. Unibertsoa nolakoa den, zabaltzen ari den, Big Bang-a zer den, denboraren egitura, espazioaren egitura... Eta oinarri-oinarrizko galdera horiei erantzuteko bide bakarra zientzia egitea da.
Beraz, zientzia giza kulturaren parte da, poesia, musika edo pintura diren era berean. Beraz, zientzia egin behar dugu, fisika egin behar dugu eta jendeari azaldu.
Egia esan, atomoen eta argiaren arteko oinarrizko interakzioak ulertu nahian genbiltzan. Eta hobeto ulertu genuenean atomo bat laser-izpi batek argitzen duenean zer gertatzen den, orduan hasi ginen pentsatzen oinarrizko aplikazioak zein izan zitezkeen. Eta atomoak moteltzeko (hozteko) erabil genezakeela konturatu ginen.
Horrela izaten da: oinarrizko fisika hobeto ulertutakoan agertzen dira ideia berriak, aurrez pentsaezinak ziren aukerak. Horrela, aplikazio berriak agertzen dira, fenomeno berriak ikusteko bidea ematen dutenak, eta galdera gehiago sortzen dira. Amairik gabeko espiral bat da!
Bai. Kelvin eskala erabiltzen dugu, eta une honetan zero Kelvineko (0 K) tenperaturatik gradu bilioiren batzuetara gaude. Giro-tenperatura 300 K dela kontuan izanda, hori baino bilioika aldiz txikiagoa da lortu dugun tenperatura baxuena. Bide batez, unibertsoko tenperatura baxuena da hori; izan ere, izarrarteko espazioko tenperatura 2,7 K da hondoko erradiazio kosmikoa kontuan izaten bada.
Bada, hori baino milioi bat aldiz tenperatura baxuagoak lortu ditugu. Laborategi batean bakarrik egin daiteke hori, noski.
Ez, asintota bat da. Limite bat da, beraz, ez du zentzurik.
Limite praktikoari dagokionez, mekanika kuantikoan muga bat daukagu: Heisenberg-en ziurgabetasunaren printzipioa. Horren arabera, posizioa (x) eta momentua (p) --edo abiadura-- erlazionatuta daude: ezin dira biak zehatz neurtu aldi berean. Zero absolutura iristeko, atomoak geldi egon behar du; beraz, abiadura zehaztuta dago, eta posizioa ezin zehaztu. Hau da, gas bat oso tenperatura baxuetan jartzeko, geroz eta kutxa handiagoa egin behar da.
Esperimentua egiten dugunean, ordea, tresnak neurri jakin bat dauka; neurri horren muga daukagu. Baina, hala ere, aukera asko daude. Nanokelvin bateko tenperatura (10 -9 K) 30 mikroneko neurriari dagokio, metroaren milioirenari.
Eta laborategiko esperimentuan 30 mikron baino gehiago dauzkagu. Beraz, ziurgabetasunaren printzipioak ez gaitu mugatzen oraingoz, baina tenperatura jaisten dugun heinean mugatuko gaitu.
Izan ere, oso tenperatura baxuetan mekanika kuantikoaren beste efektu bat ere badaukagu: partikula bakoitzari uhin bat dagokio. Uhin horren uhin-luzera abiadurarekiko alderantziz proportzionala da. Horrela, atomo bat hozten denean, abiadura gutxitzen den heinean, uhin-luzera handitu egiten da. Oso tenperatura baxuetan partikulak uhinak dira, uhin-luzera handikoak; eta atomo guztien uhinek bat egiten dute, gainezarri egiten dira.
Egoera horretan, uretako uhinek bezala jokatzen dute: bat egiten dute edo elkar oztopatu. Bada, elkarrekintza kuantiko horiek osatzen dute Bose-Einstein kondentsazioa.
Kondentsatua materiaren egoera bat da, egoera kuantiko berean dauden atomoek osatzen dutena. Atomoak fase berean daude, abiadura bera dute... orpoz orpo desfilatzen duten soldaduen armada bezala. Izaera koherentea dute. Eta ezaugarri harrigarriak dituzte, esate baterako, superfluidotasuna (supereroaleen ezaugarri nagusia). Ingurune horretan ez da marruskadurarik, sistema erabat fluidoa da. Beraz, ezaugarri zirraragarriak ditu.
Bai, hala da. Alde bera dago argiaren eta laserraren artean (azken hori oso direkzionala da, eta koherentea), eta ohiko materiaren eta Bose-Einstein kondentsatuaren artean. Ohiko materia desordenatua da, eta Bose-Einstein kondentsatuaren atomo guztiak egoera berean daude.
Hala, materia-uhinekin ere egin daitezke izpiak, laser argiaren analogoak. Laser atomiko deitzen zaie horiei.
Materia-uhin horiekin optika egin daiteke: litografia, laser atomikoak, girometro atomikoak... aplikazio posible asko daude.
Bi jarduerak erabat lotuta ikusten ditut nik. Izan ere, gai bat irakasteko, sakon aztertu behar da: zerbait irakasteko are gehiago ulertu behar da. Eta hori oso baliagarria da ikerketarako.
Beste aldera, ikerketan jardun gabe irakatsiz gero, urte batzuen buruan zaharkitua geratzeko arriskua dago. Eta ezertarako ez du balio ikertzeak ez baduzu transmititzen. Beraz, jarduera bateratu bat da funtsean. Frantzian enseignant chercheur deitzen diogu: irakasle eta ikertzaile aldi berean.
Joan den urtera arte, Còllege de France-n irakasle izan naiz. Oso instituzio berezia da Còllege de France: urtero ikasgai desberdina irakasten du irakasle bakoitzak. Eta ez dago ikaslerik, edonor joan daiteke, ez dute titulurik ematen, ez dago matrikulatu beharrik... Hala, interesa daukan jendea bakarrik joaten da klasera.
Beraz, urtero zerbait berria irakastera behartuta nago, nolabait. Erronka handia da hori, baina lanerako akuilua ere bai. Niri izugarri lagundu dit, etengabe ikasi beharra dudalako; eta hori ikerketarako ere akuilua da. Horregatik guztiagatik uste dut irakaskuntza eta ikerketa sendo lotuta daudela.