¿Qué es el Efecto túnel cuántico? El Premio Nobel de Física de este año puede sonarte a magia, pero lo usas cada día en cuanto enciendes tu teléfono móvil
Física
Tres pioneros de la física cuántica reciben el Nobel por un hallazgo invisible a simple vista, pero esencial para que funcionen desde los microscopios atómicos hasta las memorias flash que usamos cada día
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Representación del Efecto túnel cuántico.
Hay algo esencialmente misterioso en la física. No en cómo funciona, sino en cómo la percibimos en nuestro día a día. Si no la pensamos, ni siquiera la percibimos, pero si nos paramos a pensarlo, todo resulta muy extraño. Ajeno.
¿En qué nos afecta la física en nuestro día a día? Más allá de que la gravedad nos mantenga con los pies en el suelo o de que el microondas caliente nuestro café cada mañana, la física está presente en todo lo que hacemos. Pensar que solo sirve para explicar fenómenos naturales sería un error: su influencia es fundamental en todos los aspectos de nuestra vida.
Por eso se entrega un Premio Nobel de Física desde 1901. Desde que lo recibiera por primera vez Wilhelm Röntgen por el descubrimiento de los rayos X, un descubrimiento cuya importancia es fácil de entender, entender por qué son relevantes los descubrimientos de los premiados se ha ido volviendo cada vez más esotérico.
Todos entendemos por qué los Curie recibieron el Nobel —los efectos de la radiación son evidentes—. Pero muchos quizá no comprendan qué tiene de relevante el descubrimiento del efecto túnel cuántico macroscópico o la cuantización de la energía en un circuito eléctrico.
John Clarke, Michael H. Devoret y John M. Martinis.
Ese ha sido el descubrimiento que les ha valido el nobel este año a John Clarke, Michael H. Devoret y John M. Martinis. Y es uno de esos descubrimientos que, aunque parecen nimios, tienen una importancia capital en nuestro mundo. Además de que es probable que uses al menos un objeto en tu día a día que sería imposible sin su existencia.
El llamado “efecto túnel cuántico” ocurre cuando una partícula consigue atravesar una barrera que, en teoría, no debería poder cruzar. Como si una pelota pudiera pasar a través de una pared sin romperla. Por otro lado, la “cuantización de la energía” en un circuito eléctrico significa que la energía no fluye de forma continua, sino en pequeñas porciones o “paquetes”, tal como predice la física cuántica.
Hablamos de física aplicada, de cosas que no se ven, pero que están detrás de muchas tecnologías cotidianas
Si todo esto te suena a ciencia ficción, es normal. Hablamos de física aplicada, de cosas que no se ven, pero que están detrás de muchas tecnologías cotidianas. Es lo mismo que hacen las enzimas en tu cuerpo para que ocurran las reacciones químicas que te mantienen vivo. No puedes verlo —ni necesitas hacerlo—, pero sus efectos están en todo lo que funciona a tu alrededor.
Quizás el ejemplo más conocido del efecto túnel cuántico sea el del microscopio de efecto túnel, o STM, que permite obtener imágenes de superficies a nivel atómico. Su invención fue tan revolucionaria que le valió el Nobel de Física a Gerd Binnig y Heinrich Rohrer en 1986. Pero, siendo sinceros, el uso más cercano que tienes de este fenómeno probablemente esté en algo mucho más cotidiano: las memorias flash.
En los experimentos que demostraron el efecto túnel, los científicos usaron materiales superconductores separados por una capa extremadamente fina de material aislante. Al variar el grosor y las propiedades de esa capa, observaron cómo, en determinadas condiciones, los electrones eran capaces de atravesarla. Ese fue el momento en que comprobaron la existencia del efecto túnel.
Años más tarde, los ingenieros aprovecharon ese principio para desarrollar las memorias flash. Porque, en esencia, tu pendrive o tu tarjeta SD son un conjunto de materiales superconductores separados por una capa aislante, todo cubierto por un poco de plástico para protegerlos. Su funcionamiento se basa precisamente en eso: controlar el paso de electrones a través de una fina barrera para escribir o borrar datos. Así que, cada vez que guardes una foto o formatees tu tarjeta de memoria, recuerda que estás usando un pedacito de física cuántica.
Las memorias SD utilizan el Efecto túnel cuántico.
Por lo demás, ninguno de los tres galardonados es un desconocido. John Clarke nació en Cambridge el 10 de febrero de 1942 y se graduó y doctoró en Física en la universidad de su ciudad natal. Tras completar su doctorado, se incorporó a la Universidad de California en Berkeley, donde fue profesor asistente en 1969, profesor asociado en 1971 y catedrático de Física desde 1973 hasta 2010.
Michael Devoret, por su parte, nació en París en 1953. Se graduó en telecomunicaciones en 1975 y obtuvo su doctorado en física de la materia condensada en 1982. Y John M. Martinis nació en 1958 en San Pedro (California) y se licenció en Física por la Universidad de California, Berkeley, en 1980, donde también obtuvo su doctorado en 1987.
Pocas veces un premio ha sido tan merecido
Devoret y Martinis formaban parte del grupo de investigación de John Clarke cuando, en 1985, lograron demostrar el comportamiento cuántico del efecto Josephson, un fenómeno que hoy constituye la base del descubrimiento por el que los tres han recibido el Nobel.
De hecho, este no es el primer reconocimiento que reciben. Por sus investigaciones en física cuántica, Clarke y Devoret, junto con el físico Yasunobu Nakamura, fueron galardonados con el Micius Quantum Prize en 2021. Ese mismo año, John M. Martinis obtuvo el John Stewart Bell Prize, mientras que Devoret ya había recibido en 2004 el Comstock Prize in Physics. Ahora, con el Premio Nobel de Física de 2021, sus nombres quedan definitivamente inscritos entre los grandes pioneros de la física moderna.
Eso sí; ninguno de los premios anteriores puede compararse con un Nobel. No solo por su prestigio —el mayor reconocimiento al que puede aspirar un científico—, sino también por su generosa dotación económica. Los tres físicos recibirán 11 millones de coronas suecas, unos 997.000 euros al cambio. Incluso repartido entre ellos, no está nada mal: una jubilación dorada que, si no se la había dado la física, se la ha garantizado el Nobel.
En cualquier caso, pocas veces un premio ha sido tan merecido. Su trabajo ha hecho posible numerosos descubrimientos posteriores y aplicaciones prácticas fundamentales. Porque incluso cuando no entendemos del todo para qué sirve una investigación o un experimento concreto, conviene recordar algo esencial: el conocimiento tiene valor por sí mismo. Nunca sabemos qué hallazgo aparentemente abstracto acabará transformando nuestra vida cotidiana.