De tocar el violín al mundo cuántico de Einstein

El nobel de Física Richard Feynman, uno de los científicos más brillantes del siglo XX, dejó miles de frases memorables, como esta: “La física es como el sexo: seguro que tiene una utilidad práctica, pero no es por eso que lo hacemos”. En 1981, en una charla en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, Feynman, uno de los padres de la bomba atómica, reflexionó sobre el problema de simular con ordenadores clásicos la física cuántica, las asombrosas leyes que rigen el mundo de lo infinitamente pequeño. “La naturaleza no es clásica, joder, así que si quieres hacer una simulación de la naturaleza, será mejor que la hagas mediante la mecánica cuántica. Claro que es un problema maravilloso, porque no parece muy fácil”, proclamó.

Ese mismo año de 1981 nació en Madrid Leticia Tarruell. Desde muy joven, iba para violinista. A los 21 años, había acabado los estudios finales en el Conservatorio Superior de Música de San Lorenzo de El Escorial y tocaba el violín en una orquesta de música de cámara. Pero, como pasatiempo, había hecho en paralelo la licenciatura de Física. “Mi proyecto principal era la música, la física era para pasármelo bien. Luego me di cuenta de que me gustaba más el proyecto secundario que el principal”, recuerda.

Tarruell ha creado, por primera vez en España, un condensado de Bose-Einstein, un nuevo estado de la materia predicho por Albert Einstein hace 90 años

Hoy, Tarruell hace realidad el sueño de Feynman. En su laboratorio del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), en Castelldefels (Barcelona), ha construido un simulador cuántico: una máquina que enfría átomos hasta casi el cero absoluto (menos de -273 grados) y permite manipularlos a voluntad para simular, por ejemplo, materiales que todavía no existen, como superconductores de electricidad a temperatura ambiente. Su trabajo se ha publicado en revistas como Science y Nature. Y acaba de recibir el premio al mejor investigador novel en física experimental otorgado por la Real Sociedad Española de Física y la Fundación BBVA.

“La música y la investigación se parecen bastante. Aprendes cosas nuevas todo el rato y también es un trabajo en equipo”, reflexiona. En 2002, Tarruell cogió su violín y se fue de beca Erasmus a la Universidad París 7, en la capital francesa. Allí conoció el mundo de los átomos ultrafríos. “Iba para seis meses y me quedé seis años”, rememora.

Tras pasar cuatro años en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (Suiza) y ganar una plaza fija en el Centro Nacional para la Investigación Científica francés, Tarruell regresó a su país de nacimiento en 2013. Es un cerebro fugado y recuperado. “Llevaba toda la vida diciendo que era una pena que no se hicieran más experimentos así en España y que si un día me salía la oportunidad volvería. Si te dan la oportunidad y no vuelves, te tienes que tragar todo lo que has dicho de que tiene que haber más investigación en España”, recuerda entre risas.

El equipo de Tarruell ha realizado más de 700 pedidos de piezas para construir su máquina. “Enfriar un átomo es reducir su velocidad. Cuanto más lentos van, más fríos están”, señala la física. Su artilugio se queda a tan solo decenas de milmillonésimas de grado del cero absoluto. A esa temperatura, el átomo casi no se mueve y se pueden medir muy bien sus características. Un átomo de cesio-133, por ejemplo, produce 9.192.631.770 oscilaciones en un segundo si está a 273 grados bajo cero. Ni una más, ni una menos. Desde 1967, un segundo de tiempo se define como la duración de 9.192.631.770 oscilaciones de un átomo de cesio-133. Los átomos ultrafríos miden el tiempo de nuestras vidas.

“Nosotros metemos los átomos en una trampa, que hacemos con campos magnéticos o con láseres que focalizamos mucho. Si los enfriamos lo suficiente, entran en un régimen cuántico”, detalla la investigadora. Cuando están muy calientes, añade, los átomos son como bolas de billar: partículas que se mueven muy rápido y chocan entre ellas. Pero cuando se enfrían, se empiezan a comportar también como ondas. Entran en juego las fascinantes leyes que rigen el mundo invisible. La misma partícula puede estar en dos sitios a la vez.

Algunos físicos teóricos, como los españoles Ignacio Cirac y Oriol Romero-Isart, han propuesto investigar si un animal, enfriado hasta el cero absoluto, puede estar en dos sitios a la vez. Sería un animal microscópico, por supuesto: el oso de agua, un invertebrado de unos 0,5 milímetros. Físicos experimentales como Tarruell serán los encargados de averiguarlo en el futuro, cuando la tecnología esté lista.

El 'santo grial' de este campo de investigación es encontrar un material superconductor de electricidad a temperatura ambiente

De momento, la principal línea de investigación del grupo de Tarruell es intentar entender las propiedades de sistemas cuánticos de muchas partículas. “Una sola partícula no se comporta igual que 100.000 cuando interactúan entre ellas. Me interesa saber qué tipo de nuevo comportamiento colectivo aparece. Pasa igual en la sociedad. No por entender a dos o tres personas entiendes cómo funciona la sociedad. En la mecánica cuántica es lo mismo”, aclara.

Hace un año, el equipo de Tarruell creó, por primera vez en España, un condensado de Bose-Einstein, un estado de la materia que se obtiene a temperaturas cercanas al cero absoluto, en el que todas las partículas se encuentran en el mismo estado y se pueden manipular fácilmente: colocarlas en línea o formando un plano o una estructura tridimensional. El concepto del condensado de Bose-Einstein surgió en la década de 1920, cuando un desconocido físico de Calcuta (India), Satyendra Nath Bose, envió un manuscrito a Albert Einstein con las ideas fundacionales. En 1995, 70 años después de la predicción de este nuevo estado de la materia, los físicos estadounidenses Eric Cornell y Carl Wieman lograron un condensado de Bose-Einstein. Ganaron el premio Nobel de Física por ello.

El santo grial de este campo de investigación es encontrar un material superconductor de electricidad a temperatura ambiente. Las empresas eléctricas añaden aproximadamente un 15% al consumo medido por un contador para compensar las pérdidas en forma de calor en las redes de transporte con cables de cobre. Un superconductor ahorraría miles de millones de euros y una cantidad ingente de emisiones de CO₂, gas responsable del cambio climático generado, por ejemplo, al quemar carbón para producir electricidad.

Algunos materiales se comportan como superconductores a temperaturas ultrafrías. “Uno de los objetivos es ver cómo funcionan estos materiales, porque si alguien entiende su funcionamiento a lo mejor averigua qué hay que hacer para que funcionen a temperatura ambiente”, apunta Tarruell. En lugar de trabajar con electrones, personajes esenciales de los superconductores, pero más indomables, la investigadora trabaja con átomos de potasio, domesticables cuando se llevan al estado de condensado de Bose-Einstein. “Es como un Lego cuántico. Podemos fabricar casi cualquier cosa cuántica que se nos ocurra”, indica Tarruell. Incluyendo materiales que no existen en la naturaleza. Es el sueño que tuvo el nobel Richard Feynman en 1981. Cuando nació Leticia Tarruell.