{"id":255750,"date":"2018-05-07T18:18:51","date_gmt":"2018-05-07T21:18:51","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=255750\/"},"modified":"2018-05-07T18:18:51","modified_gmt":"2018-05-07T21:18:51","slug":"daniel-kleppner-la-fortaleza-persistente-de-la-fisica-atomica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/daniel-kleppner-la-fortaleza-persistente-de-la-fisica-atomica\/","title":{"rendered":"Daniel Kleppner: La fortaleza persistente de la f\u00edsica at\u00f3mica"},"content":{"rendered":"
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L\u00e9o Ramos Chaves<\/span><\/a> Kleppner: \u201cdesde el punto de vista del equilibrio psicol\u00f3gico, es bueno dar clases e investigar\u201dL\u00e9o Ramos Chaves<\/span><\/p><\/div>\n

El estadounidense Daniel Kleppner, inicialmente en la Universidad Harvard, entre 1959 y 1966, y a partir de entonces en el Instituto de Tecnolog\u00eda de Massachusetts (MIT), se mantuvo al frente o particip\u00f3 en experimentos que implementaron las tres t\u00e9cnicas de trabajo que hoy son ampliamente usadas en la f\u00edsica. La primera son los relojes at\u00f3micos de m\u00e1ser (amplificaci\u00f3n de microondas por emisi\u00f3n estimulada de radiaci\u00f3n, por sus siglas en ingl\u00e9s) de hidr\u00f3geno, de los cuales surgi\u00f3 el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), que hoy en d\u00eda se utilizan en autom\u00f3viles y tel\u00e9fonos celulares. La segunda es la electrodin\u00e1mica cu\u00e1ntica en cavidades, que posibilit\u00f3 el estudio de las propiedades cu\u00e1nticas, como el fen\u00f3meno de entrelazamiento, donde cualquier acci\u00f3n sobre una part\u00edcula puede interferir en su par, aunque se halle distante. La tercera es el confinamiento y refrigeraci\u00f3n de \u00e1tomos para producir los condensados de Bose-Einstein, un estado de la materia que se obtiene en valores de temperatura cercanos al cero absoluto (-273\u00ba Celsius), previsto por el f\u00edsico indio Satyendra Bose (1894-1974) y por Albert Einstein (1879-1955), que fuera demostrado en forma experimental en 1995.<\/p>\n

Kleppner, quien creci\u00f3 en Nueva York, fue premiado en el mes de enero de este a\u00f1o por la American Physical Society (APS) con la APS Medal for Exceptional Achievement in Research<\/a>. Hijo de un inmigrante austr\u00edaco, de ni\u00f1o le agradaba construir radios a galena y peque\u00f1os aviones. Luego de graduarse en ingenier\u00eda, en 1953, estudi\u00f3 dos a\u00f1os en la Universidad de Cambridge, en Inglaterra, antes de partir hacia Harvard. All\u00ed, Kleppner y su director de doctorado Norman Ramsey, Premio Nobel de F\u00edsica en 1989, desarrollaron el m\u00e1ser de hidr\u00f3geno, 100 mil veces m\u00e1s preciso que los relojes at\u00f3micos que se utilizaban hasta entonces para la medici\u00f3n del tiempo.<\/p>\n

En 1989, Kleppner se encontraba en un restaurante de S\u00e3o Carlos (interior de S\u00e3o Paulo) junto a colegas brasile\u00f1os cuando anot\u00f3 las ideas para su art\u00edculo debut como columnista en la revista Physics Today<\/em>, de la APS. En el texto, intitulado \u201cPasi\u00f3n por la precisi\u00f3n\u201d, describe el placer por la b\u00fasqueda de nuevos m\u00e9todos para medir las propiedades de los \u00e1tomos que descubri\u00f3 con Ramsey. Fue columnista en la revista hasta 2013.<\/p>\n

A partir de 1985, Kleppner visit\u00f3 en varias oportunidades el Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos en la Universidad de S\u00e3o Paulo (IFSC-USP), con el cual sigue colaborando. A los 84 a\u00f1os y casado con Beatrice, una docente de ense\u00f1anza media, con tres hijos y cuatro nietos, regres\u00f3 a Brasil en febrero de este a\u00f1o, se reencontr\u00f3 con sus antiguos colegas e imparti\u00f3 una clase magistral intitulada \u201cTres semillas del auge de las ciencias cu\u00e1nticas\u201d, donde trat\u00f3 en retrospectiva, su participaci\u00f3n en el estudio de los relojes at\u00f3micos; en la producci\u00f3n, en laboratorio, de los denominados \u00e1tomos de Rydberg, con electrones con tanta energ\u00eda que se apartan del n\u00facleo hasta distancias 10 mil veces mayores que lo normal;\u00a0 y en los condensados de Bose-Einstein (lea en <\/em>Pesquisa FAPESP, edici\u00f3n n\u00ba 101<\/em><\/a>). \u201cLos alumnos estaban muy entusiasmados, al igual que los grupos de investigaci\u00f3n que visit\u00e9 en el Instituto de F\u00edsica\u201d, coment\u00f3. All\u00e1 est\u00e1n ahora como docentes dos f\u00edsicos que \u00e9l dirigi\u00f3: Jarbas Castro Neto y Vanderlei Bagnato. En\u00a0 la siguiente entrevista, que concedi\u00f3 dos semanas despu\u00e9s de su presentaci\u00f3n, Kleppner retom\u00f3 las circunstancias y las dificultades de cada uno de esos trabajos.<\/p>\n

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Ryan K Morris\/ Bloomberg News <\/span><\/a> Kleppner al lado del entonces presidente de Estados Unidos, George W. Bush, en la ceremonia de entrega de la Medalla Nacional de Ciencia, en 2007…Ryan K Morris\/ Bloomberg News <\/span><\/p><\/div>\n

\u00bfC\u00f3mo comenz\u00f3 usted su carrera en f\u00edsica at\u00f3mica?<\/strong>
\nTuve un gran profesor de f\u00edsica cuando cursaba la ense\u00f1anza media y profesores maravillosos en la facultad. En la Universidad de Cambridge, donde curs\u00e9 dos a\u00f1os de carrera, mi tutor, Kenneth Smith, me acerc\u00f3 un art\u00edculo con una propuesta de un tipo de reloj que podr\u00eda perfeccionarse lo suficiente para testear los postulados de Einstein acerca del efecto de la gravedad sobre el tiempo. La idea de que la gravedad podr\u00eda interferir en la operaci\u00f3n de un reloj y en el propio paso del tiempo me pareci\u00f3 perturbadora. No hice nada de inmediato, pero la idea qued\u00f3 rondando en mi mente. Luego me traslad\u00e9 a la Universidad Harvard e ingres\u00e9 en el grupo de Norman Ramsey (1915-2011). \u00c9l fue el que ide\u00f3 la t\u00e9cnica que torn\u00f3 \u00fatiles a los relojes at\u00f3micos en la pr\u00e1ctica.<\/p>\n

\u00bfQu\u00e9 fue lo que hizo Ramsey?<\/strong>
\n\u00c9l imaginaba un tipo de reloj que no funcionara con base en el haz de cesio, que era el modelo inicial, sino en lo que m\u00e1s tarde se conoci\u00f3 como el m\u00e1ser de hidr\u00f3geno. Un reloj de haz at\u00f3mico, tal como se usaba, dispone de un haz de \u00e1tomos que responde a una radiaci\u00f3n con frecuencia \u00fanica. La respuesta de los \u00e1tomos se utiliza para controlar la frecuencia de un oscilador electr\u00f3nico. En el m\u00e1ser, los \u00e1tomos de un haz de mol\u00e9culas son filtrados al ingresar a una cavidad, donde luego de un tiempo, todos comienzan a emitir radiaci\u00f3n, cuyas oscilaciones podr\u00edan medirse. Entr\u00e9 en el grupo de Ramsey justo cuando estaban pensando c\u00f3mo hacer eso, que por esa \u00e9poca parec\u00eda algo imposible. Ramsey cre\u00eda que, si se colocasen los \u00e1tomos en una caja de resonancia, se podr\u00eda aumentar mil veces la precisi\u00f3n de los relojes at\u00f3micos. Durante mi doctorado constru\u00ed y prob\u00e9 un dispositivo que se mostr\u00f3 prometedor, y despu\u00e9s, junto a un estudiante de la carrera, constru\u00ed el m\u00e1ser, que comenz\u00f3 a operar al a\u00f1o siguiente. Al final de los a\u00f1os 1950, Ramsey y yo comenzamos a desarrollar un m\u00e1ser para mandarlo al espacio. Hab\u00eda comenzado la Era Espacial y la Nasa [la agencia espacial estadounidense] hallaba muy atractiva la idea de testear la teor\u00eda de Einstein con un sat\u00e9lite. Pero entonces empezamos a preocuparnos.<\/p>\n

\u00bfPor qu\u00e9?<\/strong>
\nNuestros objetivos en Harvard y los de la NASA no eran exactamente los mismos. Ellos insist\u00edan en que los astronautas cumpliesen un rol activo en el experimento, sin embargo, cuando un reloj comienza a operar, lo mejor que puede hacerse es dejarlo en paz. A m\u00ed tambi\u00e9n me preocupaba otro problema. \u00bfY si lleg\u00e1semos a un resultado diferente al propuesto por la teor\u00eda de Einstein? Podr\u00edamos repetir el experimento, pero demandar\u00eda muchos a\u00f1os y se cuestionar\u00eda bastante el trabajo de Einstein. Entonces desistimos, pero a uno de los investigadores del grupo, que trabajaba con una empresa interesada en hacer del reloj un producto comercial, le agrad\u00f3 la idea y sigui\u00f3 trabajando con la Marina de Estados Unidos. Realizaron un experimento mucho mejor al que hab\u00edamos planificado. En lugar de colocar un reloj en un sat\u00e9lite, ellos lo pusieron en un cohete que alcanz\u00f3 una altura aproximada a la del di\u00e1metro de la Tierra en el espacio y regres\u00f3. Ese experimento confirm\u00f3 la teor\u00eda de Einstein, gener\u00f3 avances en la tecnolog\u00eda del m\u00e1ser de hidr\u00f3geno y contribuy\u00f3 para perfeccionar las t\u00e9cnicas de comparaci\u00f3n de los relojes en el espacio con los de la Tierra. Una de las derivaciones de ese trabajo fue el Sistema de Posicionamiento Global, que funciona comparando relojes del espacio con los de la superficie. Mire: la idea de verificar la relatividad general de Einstein condujo al GPS. No desarrollamos el GPS, pero los relojes at\u00f3micos son el alma del mismo. Para m\u00ed, eso es un hermoso ejemplo del modo en que la investigaci\u00f3n b\u00e1sica ofrece recompensas de maneras inesperadas.<\/p>\n

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Archivo Personal<\/span><\/a> …y junto a su mentor, Norman Ramsey (en el centro<\/em>), y su exalumno William Philips (a la der.<\/em>), ambos Premios Nobel de F\u00edsicaArchivo Personal<\/span><\/p><\/div>\n

\u00bfC\u00f3mo evolucionaron los relojes at\u00f3micos?<\/strong>
\nDesde que fueron creados, en la d\u00e9cada de 1990, la precisi\u00f3n de los mismos se increment\u00f3 100 mil veces. Hasta hace 10 a\u00f1os, todos los relojes at\u00f3micos funcionaban solamente en la frecuencia de las microondas, de 109<\/sup> ciclos por segundo. Una nueva tecnolog\u00eda basada en frecuencias \u00f3pticas, cuyos ciclos son 10 mil o 100 mil veces m\u00e1s r\u00e1pidos funcion\u00f3 muy bien. Pero, \u00bfqu\u00e9 vamos a hacer ahora con esos relojes tan precisos? El efecto de la gravedad sobre el tiempo ya no es algo interesante. Alguien podr\u00eda dar vuelta el partido y usar a los relojes para medir la gravedad. S\u00f3lo se trata de una especulaci\u00f3n, pero la medida de la variaci\u00f3n de la gravedad en la Tierra con semejante precisi\u00f3n podr\u00eda proporcionar una vista inmediata de las transformaciones de las masas rocosas y de los oc\u00e9anos. Esto podr\u00eda ser importante en funci\u00f3n de los cambios clim\u00e1ticos.<\/p>\n

Su laboratorio fue uno de los primeros que crearon los \u00e1tomos de Rydberg [con electrones alejados del n\u00facleo a distancias 10 mil veces mayores que lo normal]. \u00bfC\u00f3mo fue eso?<\/strong>
\nHubo otros grupos que lo lograron casi en simult\u00e1neo. Esa idea iba y ven\u00eda en mi mente durante a\u00f1os. En Harvard hab\u00eda un f\u00edsico muy creativo, profundo y agradable, Edward Purcell (1912-1997), uno de los inventores de la resonancia magn\u00e9tica nuclear, quien me coment\u00f3 sobre un descubrimiento en radioastronom\u00eda. Algunos cient\u00edficos hab\u00edan detectado vestigios de \u00e1tomos de hidr\u00f3geno que acababan de formarse en una estrella cercana. En esa estrella, protones y electrones se un\u00edan formando un \u00e1tomo de hidr\u00f3geno, que es meramente un prot\u00f3n ligado a un electr\u00f3n. Pero los electrones se hab\u00edan se hab\u00edan fusionado a una distancia muy grande y descend\u00edan de una \u00f3rbita a otra hasta llegar a un estado con menor energ\u00eda. Pens\u00e9 en lo hermoso que era eso y comenc\u00e9 a analizar las propiedades extraordinarias de esos \u00e1tomos. Sus estados se caracterizan por aquello que se denomina n\u00famero cu\u00e1ntico principal, n<\/em>. Normalmente, n<\/em> es una cifra peque\u00f1a, 5, 4 \u00f3 3. Aquello era n<\/em>=100. Entonces los astr\u00f3nomos lograron detectar una se\u00f1al emitida cuando el electr\u00f3n fue de n<\/em>=100 a n<\/em>=99. Las condiciones para visualizar esos estados ser\u00edan una densidad muy baja, algo que requiere un volumen muy grande, como en el\u00a0 espacio. Al comienzo de los a\u00f1os 1970, notamos que podr\u00edamos generar esos \u00e1tomos en laboratorio empleando l\u00e1seres [al ser grandes y f\u00e1ciles de detectar, los \u00e1tomos de Rydberg podr\u00edan ser manipulados y estudiados con mayor facilidad que los comunes]. \u00a1Y eso funcion\u00f3 al primer intento! Fue mi \u00fanico experimento que funcion\u00f3 en la primera tentativa.<\/p>\n

Usted tambi\u00e9n fue uno de los primeros en producir el condensado de Bose-Einstein en laboratorio.<\/strong>
\nUn art\u00edculo que sali\u00f3 publicado en la revista Physical Review Letters<\/em> en 1976 resum\u00eda lo que sab\u00edamos sobre la f\u00edsica de los \u00e1tomos de hidr\u00f3geno y finalizaba con una observaci\u00f3n muy interesante. Los autores, William Stwalley, de la Universidad de Connecticut, y Lewis\u00a0 Nosanow, del Departamento de Investigaci\u00f3n de Materiales, uno de los centros solventados por la National Science Foundation (NSF), dec\u00edan que, si el hidr\u00f3geno at\u00f3mico pudiera ordenarse en un estado particular, podr\u00eda enfri\u00e1rselo hasta el cero absoluto, pero nunca se transformar\u00eda en un s\u00f3lido o en un l\u00edquido. El hidr\u00f3geno es mucho m\u00e1s liviano que el helio y posee tanta energ\u00eda que no se lic\u00faa incluso a la temperatura del cero absoluto. No obstante, si se lo enfr\u00eda lo suficiente, ese gas de hidr\u00f3geno podr\u00eda sufrir una alteraci\u00f3n, una condensaci\u00f3n de Bose-Einstein. Le\u00ed el art\u00edculo, pero lo dej\u00e9 de lado porque llevar al hidr\u00f3geno a esas temperaturas y densidad parec\u00edan algo absurdo. Le coment\u00e9 eso Thomas Greytak, un colega del MIT que sab\u00eda mucho sobre helio l\u00edquido y me explic\u00f3 lo que era la condensaci\u00f3n de Bose-Einstein, al respecto de la cual nunca hab\u00eda o\u00eddo hablar. Al cabo, nos percatamos de que ello era un mundo nuevo a bajas temperaturas y ah\u00ed tal vez funcionasen los experimentos. Al comienzo de los a\u00f1os 1980 tuvimos \u00e9xito inicialmente, pero descubrimos que, a densidades elevadas el hidr\u00f3geno at\u00f3mico se transformaba en hidr\u00f3geno molecular [formando pares] y desaparec\u00eda. Finalmente, en 1998, Greytak y yo logramos reproducir el condensado con hidr\u00f3geno, aunque ahora sepamos que ese \u00e1tomo no es el mejor para hacerlo. La creaci\u00f3n de esos gases cu\u00e1nticos mediante la t\u00e9cnica del enfriamiento realizada actualmente mediante l\u00e1ser signific\u00f3 la apertura de un nuevo mundo para\u00a0 la f\u00edsica.<\/p>\n

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SkywalkerPL<\/span><\/a> M\u00e1ser de hidr\u00f3geno a bordo de los sat\u00e9lites del Galileo, el sistema de posicionamiento global de la Uni\u00f3n Europea, que mide el tiempo con una precisi\u00f3n de miles de millon\u00e9simas de segundoSkywalkerPL<\/span><\/p><\/div>\n

M\u00e1s all\u00e1 de investigar, usted siempre mantuvo un gran inter\u00e9s por la docencia<\/strong>.<\/strong>
\nEducaci\u00f3n e investigaci\u00f3n van de la mano. Hay una ventaja psicol\u00f3gica. Porque a veces los experimentos salen mal y nos quedamos ofuscados. Siempre nos consolamos pensando: \u201cBueno, \u00a1por lo menos sigo siendo un profesor!\u201d. Y tambi\u00e9n, por supuesto, a veces una clase nos sale mala, nos deprimimos, pero podemos decir: \u201c\u00a1Lo que sucede es que yo soy un investigador!\u201d. Desde el punto de vista del equilibrio psicol\u00f3gico hace bien disponer de ambos aspectos. Y cuando les explicamos algo a los estudiantes, nos lo estamos explicando a nosotros mismos tambi\u00e9n. La ense\u00f1anza debe ser un proceso creativo, donde puedan encontrarse nuevas maneras de entender las cosas, algo que tambi\u00e9n forma parte del trabajo de investigaci\u00f3n cient\u00edfica.<\/p>\n

\u00bfUsted a\u00fan sigue trabajando en el laboratorio?<\/strong>
\nNo, pero conservo mi despacho en el MIT. Voy ah\u00ed varios d\u00edas a la semana. Me gusta estar ah\u00ed. El ambiente del MIT es maravilloso, ah\u00ed est\u00e1n mis amigos, hay conferencias excelentes Pero ya no me dedico a investigar. En uno de mis ensayos para la secci\u00f3n Reference Frame, publicado en 1998 en la revista Physics Today<\/em> e intitulado \u201cNibbling the bullet\u201d [Mordisqueando la bala], escrib\u00ed que la gente deber\u00eda jubilarse. Uno no necesita jubilarse en Estados Unidos, pero pienso que los investigadores deben hacerlo, entre otros motivos, para darles espacio a los m\u00e1s j\u00f3venes. Redact\u00e9 el ensayo a los 65 a\u00f1os, sugiriendo que los 70 ser\u00edan una edad apropiada para jubilarse. \u00a1Entonces not\u00e9 que hab\u00eda un compromiso p\u00fablico! Eso fue lo que hice. Lo que no me di cuenta entonces es que estos \u00faltimos cinco a\u00f1os pasar\u00edan tan r\u00e1pido\u2026 Pese a haberme jubilado, todav\u00eda frecuento el MIT. Si quisiera participar en investigaciones y hubiera espacio, a\u00fan ser\u00eda capaz de hacerlo, pero los laboratorios hoy est\u00e1n ocupados por docentes m\u00e1s j\u00f3venes. En fin, he tenido una buena vida.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"El f\u00edsico se refiere a su trabajo, que llev\u00f3 al GPS","protected":false},"author":14,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[304],"coauthors":[103],"class_list":["post-255750","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/255750","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=255750"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/255750\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=255750"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=255750"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=255750"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=255750"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}