La física cuántica ha sido un campo clave en la ciencia, ha transformado como entendemos la realidad a niveles subatómicos y ha entrado en nuestra vida cotidiana a través de multitud de aplicaciones. Se trata de un contexto que debe reconocerse de forma oficial. Tal vez una de las mejores formas de hacerlo sea otorgando premios Nobel a resultados imprescindibles de la cuántica. Tanto en Física como en Química, la física cuántica ha sido laureada por la academia sueca pocos años después de que esta arrancara con sus prestigiosos galardones. Si bien en la primera mitad del siglo xx los premios se enfocaron en los fundamentos teóricos, en el siglo xxi lo ostentaría, por fin, las aplicaciones de la cuántica.
Este es un artículo recopilatorio, pues te damos una lista de cuáles han sido los premios Nobel de Física y de Química que se han entregado a científicos y científicas (solo una) durante más de cien años. El criterio de selección ha sido que tenga relación directa con la cuántica, aunque también se han incluido algunos logros que se puede relacionar rápidamente con la cuántica. Hemos eliminado los que tienen una relación menos obvia, porque el artículo sería muy largo. Como guía de lectura, es importante señalar que la frase que aparece entre comillas es la razón que alza la academia para otorgar el premio.
Premios Nobel de física relacionados con la física cuántica
1913-Heike Kamerlingh-Onnes
«Por su investigación sobre las propiedades de la materia a bajas temperaturas, lo que le llevó, entre otras cosas, a producir helio líquido». En realidad, la física cuántica todavía estaba arrancando y no se relacionó con la cuántica directamente. Pero el estado de helio líquido tiene que ver con la mecánica cuántica, como veremos más adelante.
1918-Max Planck
«Por su trabajo sobre la teoría cuántica». Es el primer premio que se da realmente a la cuántica de forma directa. De hecho Planck dio el pistoletazo de salida a la cuántica en 1900 con la resolución del problema del cuerpo negro, introduciendo la cuantización de la energía.
1921-Albert Einstein
«Por su explicación del efecto fotoeléctrico y por sus contribuciones a la teoría cuántica». Introdujo el concepto de fotón, aunque no el término en sí.
1922-Niels Bohr
«Por su investigación sobre la estructura de los átomos y la radiación que emana de ellos». En concreto, fue la primera descripción cuántica del átomo que surgió.
1923-Robert Andrews Millikan
«Por su trabajo sobre la carga elemental de la electricidad y sobre el efecto fotoeléctrico». Se relaciona de forma indirecta con la cuántica, pero fue clave para entender el efecto fotoeléctrico.
1925-James Franck y Gustav Hertz
«Por su descubrimiento de las leyes que rigen el impacto de un electrón sobre un átomo». Elaboraron un experimento que corroboraron la existencia del efecto fotoeléctrico.
1927-Arthur Holly Compton
«Por el descubrimiento del efecto que lleva su nombre». Este fenómeno evidencia la naturaleza dual de la luz y la partícula: cuando un fotón incidente colisiona con un electrón libre, experimenta un cambio en su longitud de onda y dirección. Es un fenómeno puramente cuántico.
1928-Owen Willams Richardson
«Por su trabajo en el fenómeno termoiónico y especialmente por el descubrimiento de la ley que posteriormente llevaría su nombre ». Describe la liberación de electrones por un material conductor cuando se calienta. Aunque inicialmente se explicó utilizando principios clásicos, la mecánica cuántica proporciona una comprensión más precisa de este fenómeno
1929-Prince Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie
«Por el descubrimiento de la naturaleza ondulatoria de los electrones». La dualidad onda-corpúsculo estaría en un top 5 de resultados importantes de la cuántica.
1930-Chandrasekhara Venkata Raman
«Por su trabajo acerca de la dispersión de la luz y por el descubrimiento del efecto que lleva su nombre». La mecánica cuántica se evidencia en la interpretación de los cambios en la energía de los fotones durante el proceso, pues estos están cuantizados.
1932-Werner Heisenberg
«Por la creación de la mecánica cuántica». Su trabajo culminó en la formulación de la mecánica matricial, una de las dos formulaciones fundamentales de la mecánica cuántica.
1933-Erwin Schrödinger y Paul Dirac
«Por el descubrimiento de nuevas formas productivas de la teoría atómica». Describieron el átomo mediante el otro enfoque, más conocido y usado, el de la mecánica ondulatoria, basado en la ecuación de Schrödinger.
1937-Clinton Joseph Davisson y George Paget Thomson
«Por sus descubrimientos experimentales de la difracción de los electrones causada por cristales ». Esta difracción solo se explica mediante conceptos cuánticos.
1943-Otto Stern
«Por su contribución al desarrollo del método de haces moleculares y por el descubrimiento del momento magnético del protón». El momento magnético de una partícula es una propiedad cuántica.
1944-Isidor Isaac Rabi
«Por su método de resonancia para registrar las propiedades magnéticas de los núcleos atómicos». En el método de resonancia magnética nuclear, al aplicar un campo magnético y una frecuencia específica de radiación, los núcleos atómicos que cumplen con la condición de resonancia absorben energía y cambian su estado cuántico.
1945-Wolfgang Pauli
«Por el descubrimiento del principio de exclusión, también llamado el principio de Pauli». Otro principio que estaría el la lista top 5 de resultados de la cuántica.
1954-Max Born
«Por sus investigaciones fundamentales sobre la mecánica cuántica y, especialmente, por su interpretación estadística acerca de la función de ondas ». La interpretación estadística de Born establece que la función de ondas en la mecánica cuántica no describe la posición real de una partícula, sino que proporciona la probabilidad de encontrar la partícula en una ubicación particular.
1955-Willis Eugene Lamb
«Por sus descubrimientos acerca de la estructura fina del espectro de hidrógeno». Su trabajo se centró en la observación experimental de desplazamientos en el espectro de líneas del hidrógeno, que no eran más que pequeñas correcciones a las predicciones teóricas existentes en el espectro del hidrógeno, un descubrimiento que tuvo importantes implicaciones para la teoría cuántica.
1955-Polykarp Kusch
«Por determinar con precisión el momento magnético del electrón». Como se ha dicho, se trata de una propiedad puramente cuántica.
1957-Tsung-Dao Lee y Chen Ning Yang
«Por su penetrante investigación de las llamadas leyes de paridad, la cual ha llevado a importantes descubrimientos sobre las partículas elementales». Se trata un principio que establece que las leyes de la física son simétricas bajo la inversión de las coordenadas espaciales (o paridad), lo cual tuvo un impacto importante en la teoría cuántica de campos.
1962-Lev Landáu
«Por sus teorías pioneras sobre la materia condensada, en particular las relacionadas con el helio líquido». Landáu propuso que la transición superfluida en el helio líquido podría entenderse como un cambio de fase cuántico.
1963-Eugene Paul Wigner
«Por sus contribuciones a las teorías del núcleo atómico y de las partículas elementales y, en particular, el descubrimiento y aplicación de estas mediante los principios fundamentales de simetría». Básicamente, aplicó los principios de simetría en la teoría cuántica.
1963-Maria Goeppert-Mayer y Johannes Hans Daniel Jensen
«Por sus descubrimientos relacionados con la estructura nuclear de capas». Postularon que los nucleones ocupan diferentes niveles de energía en capas dentro del núcleo, al igual que en mecánica cuántica se descubrió que los electrones en un átomo están distribuidos en niveles de energía y subniveles. Maria Goeppert- Mayer es la única mujer que ha ganado el Nobel de Física por algo relacionado directamente con la cuántica.
1964-Nikolái Gennadievich Básov, Aleksandr Mijáilovich Prójorov y Charles Hard Townes
«Por sus trabajos fundamentales sobre la electrónica cuántica, lo que ha permitido la construcción de osciladores y amplificadores basados en el principio máser-láser». El máser y el láser son dispositivos basados en la emisión estimulada de radiación, un fenómeno cuántico descrito por Einstein.
1965-Richard Phillips Feynman, Julian Schwinger y Shin'ichirō Tomonaga
«Por su trabajo fundamental en electrodinámica cuántica, generando consecuencias profundas para el desarrollo de la física de partículas elementales». La electrodinámica cuántica (QED) es la teoría cuántica que describe las interacciones electromagnéticas entre partículas cargadas, como electrones y fotones.
1972-John Bardeen, Leon Neil Cooper y John Robert Schrieffer
«Por el desarrollo conjunto de la teoría de la superconductividad, llamada por lo general como teoría BCS». La teoría BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer) fue propuesta en 1957 y en el contexto de la teoría cuántica de campos describe la superconductividad en términos de pares de Cooper, que son pares de electrones con momentos opuestos. Explica cómo estos pares pueden formarse en un material superconductor, atravesar el cristal sin dispersarse y contribuir a la conducción eléctrica sin resistencia.
1973-Leo Esaki y Ivar Giaever
«Por sus descubrimientos experimentales en cuanto a los fenómenos de túnel en semiconductores y superconductores, respectivamente». Esaki describió el proceso de túnel a través de una barrera de potencial en semiconductores, que lleva su nombre como «diodo de túnel Esaki». Por otra parte, Giaever experimentó con túneles en una delgada capa de óxido aislante entre dos superconductores, lo que resultó en la observación del efecto Josephson. Ambos fenómenos de túnel en semiconductores y superconductores son ejemplos destacados de la mecánica cuántica en acción.
1975-Aage Bohr, Ben Roy Mottelson y Leo James Rainwater
«Por el descubrimiento de la conexión entre el movimiento colectivo y el movimiento de partículas en el núcleo atómico y por el desarrollo de la teoría de la estructura del núcleo atómico basada en estas conexiones». Se utiliza conceptos cuánticos para describir cómo las partículas nucleares (protones y neutrones) ocupan niveles de energía discretos en el núcleo.
1977-Philip Warren Anderson, John Hasbrouck van Vleck y Nevill Francis Mott
«Por sus investigaciones teóricas fundamentales acerca de la estructura electrónica de sistemas magnéticos desordenados». Las investigaciones de estos científicos asentaron la aplicación de la mecánica cuántica para comprender fenómenos complejos en la materia condensada, particularmente en sistemas magnéticos sometidos al desorden. La materia condensada se refiere a las fases de la materia que tienen propiedades mecánicas y térmicas distintas de las observadas en los sólidos, líquidos y gases tradicionales.
1985-Klaus von Klitzing
«Por el descubrimiento del efecto Hall cuántico». El efecto Hall cuántico es una respuesta cuántica al campo magnético aplicado de forma perpendicular al flujo de corriente en un conductor bidimensional.
1986-Gerd Binnig y Heinrich Rohrer
«Por su diseño del microscopio de efecto túnel». El microscopio de efecto túnel permite visualizar superficies con una resolución sin precedentes, incluso a nivel de átomos. Utiliza el fenómeno cuántico conocido como efecto túnel, donde electrones fluyen entre una punta extremadamente afilada y la muestra sin contacto físico directo.
1987-Johannes Georg Bednorz y Karl Alexander Müller
«Por su importante avance en el descubrimiento de la superconductividad en materiales cerámicos». La superconductividad es un fenómeno cuántico en el cual ciertos materiales, cuando se enfrían por debajo de su temperatura crítica, pierden toda resistencia eléctrica y exhiben otras propiedades únicas.
1989-Norman Foster Ramsey y Hans Georg Dehmelt
«Por la invención del método de campos oscilatorios separados y su uso en el máser de hidrógeno y otros relojes atómicos». Esta invención permitió la creación de relojes atómicos de mayor precisión basados en transiciones atómicas, que son un fenómeno cuántico.
1994-Clifford Glenwood Shull
«Por el desarrollo de la técnica de difracción de neutrones» y «por sus contribuciones pioneras al desarrollo de las técnicas de dispersión de neutrones para el estudio de la materia condensada». La difracción de cualquier partícula es un fenómeno cuántico, pues es necesario aceptar la faceta ondulatorio de la misma.
1996-David Morris Lee, Douglas D. Osheroff y Robert Coleman Richardson
«Por su descubrimiento de la superfluidez del helio-3». Ya sabemos que la supefluidez del helio es un fenómeno cuántico.
1998-Horst Ludwig Störmer y Daniel Chee Tsui
«Por su descubrimiento de una nueva forma de fluido cuántico con excitaciones cargadas fraccionalmente ». Se trata de la versión cuántica del efecto Hall.
1999-Gerardus 't Hooft y Martinus J. G. Veltman
«Por elucidar la estructura cuántica de la interacción electrodébil en física». Fue fundamental para la formulación teórica precisa de la teoría electrodébil, unificando las interacciones electromagnéticas y débiles en el marco de la mecánica cuántica.
2001-Eric Allin Cornell, Carl Edwin Wieman y Wolfgang Ketterle
«Por conseguir la condensación de Bose-Einstein en gases diluidos de átomos alcalinos y por sus tempranos y fundamentales estudios de las propiedades de los condensados». El condensado de Bose-Einstein (estado de la materia que se da en ciertos materiales a temperaturas cercanas a 0 K) se explica solo mediante conceptos cuánticos.
2003-Alekséi Alekséyevich Abrikósov, Vitali Lázarevich Gínzburg y Anthony James Leggett
«Por sus contribuciones pioneras a la teoría de los superconductores y superfluidos ». Dos propiedades puramente cuánticas.
2012-Serge Haroche y David Wineland
«Por la medida y manipulación de sistemas cuánticos individuales». Realizaron avances fundamentales en la experimentación con sistemas cuánticos, utilizando trampas de iones y cavidades de resonancia para aislar y controlar partículas individuales, como átomos y fotones.
2022-Anton Zeilinger, Alain Aspect y John Clauser
«Por los experimentos con fotones entrelazados, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y siendo pionero en la ciencia de la información cuántica». Llevaron a cabo experimentos notables con fotones entrelazados, una propiedad cuántica que permite que dos partículas estén correlacionadas de manera instantánea, incluso a distancias enormes. Un resultado fundamental para la computación cuántica.
Química, cuántica y Nobel
Si bien la cuántica ha estado menos presente en los premios Nobel de Química, no ha estado desaparecida del todo. Cuatro veces ha sido premiada en esta categoría:
1954-Linus Pauling
«Por su investigación sobre la naturaleza de las fuerzas que sostienen las sustancias químicas y las reacciones químicas». Trabajo pionero en la teoría de la resonancia y la aplicación de la mecánica cuántica para explicar la estabilidad y reactividad de las sustancias químicas.
1966-Robert S. Mulliken
«Por su fundamental trabajo en torno a los enlaces químicos y a la estructura electrónica de moléculas mediante la teoría de los orbitales moleculares». La teoría de los orbitales moleculares es una herramienta fundamental en la química cuántica que describe la distribución de electrones en moléculas en función de la combinación de los orbitales atómicos de los átomos que la componen
1998-John Pople y Walter Kohn
«Por el desarrollo de métodos computacionales en química cuántica». No solo facilitaron cálculos teóricos más precisos y eficientes, sino que también permitieron a los científicos simular y comprender una amplia gama de fenómenos químicos a nivel molecular.
2023-Moungi Bawendi, Louis Eugene Brus y Alexei Ekimov
«Por el descubrimiento y la síntesis de puntos cuánticos». Los puntos cuánticos son pequeñas partículas de material semiconductor que tienen propiedades cuánticas debido a su tamaño reducido, típicamente en la escala de nanómetros. Estos nanocristales muestran comportamientos cuánticos debido a las restricciones impuestas por su tamaño, lo que resulta en propiedades electrónicas, ópticas y magnéticas distintivas. Sus aplicaciones tecnológicas serán ilimitadas.
