Los diagramas de Feynman, aplicados a interacciones entre láser y átomo
Un
grupo de científicos pertenecientes a cinco instituciones europeas (una
de Francia, tres de Alemania, y una de Bosnia), bajo la dirección de M.
Lewenstein de la Universidad de Hannover (Alemania), ha llevado a cabo
un trabajo (Science,
4 de mayo) sobre una nueva aplicación de los conocidos diagramas de
Feynman. Los investigadores han estudiado las interacciones entre átomos
y láseres muy intensos, con energías capaces de arrancar electrones
ionizando los átomos. En el proceso de arrancar los electrones se genera
luz a frecuencias que son un múltiplo muy grande (más de 300) de la
frecuencia del láser que los excita; al mismo tiempo, los electrones
necesitan más energía para ser liberados del átomo cuando se les excita
con láseres intensos que con otros métodos. Los electrones quedan
atrapados en la vecindad del ión, interaccionan con la luz y llegan a
emitir rayos X antes de salir disparados a altas velocidades.
El
trabajo citado (Salieres et al.) muestra de una manera clara cómo se
pueden entender estos procesos mediante la formulación de Feynman de la
mecánica cuántica. La comprensión del fenómeno permitirá optimizar la
producción de rayos X, con una longitud de onda hasta 1.000 veces menor
que la visible, de manera coherente con solo un láser de longitud de
onda visible.
La
mecánica cuántica nació hace poco mas de 100 años con el trabajo de
Planck. Durante los primeros 30 años del siglo XX su construcción
alcanzó madurez y credibilidad con la formulación de la ecuación de
Schrödinger. El éxito en su capacidad predictiva fue y sigue siendo
enorme, pero requiere dejar a un lado nuestra intuición basada en el
mundo macroscópico.
A
finales de los años cuarenta, un joven físico estadounidense, Richard
Feynman, reformuló la mecánica cuántica en términos de órbitas, un
concepto mucho más cercano a la intuición macroscópica. Feynman
estableció que los resultados mecánico-cuánticos pueden representarse
como la suma de todos los posibles recorridos de las órbitas que unen un
punto inicial en el espacio y en el tiempo, con un punto final también
en el espacio y en el tiempo. Cada uno de esos recorridos contribuye de
manera especial y lleva una fase característica (un reloj propio
relacionado con el recorrido). Para encontrar el resultado es necesario
tomar en cuenta cada una de las fases, pues si un recorrido llegara con
la manecilla apuntando a las 12 y otro apuntando a las 6, los dos se
anularían, pues tendrían una interferencia destructiva.
Esta
formulación ha sido muy utilizada en la física de altas energías, la
que estudia las partículas y los campos elementales. Gracias a la
formulación de Feynman ha sido posible calcular efectos sutiles que
muestran las interacciones de las fuerzas de la naturaleza. La
dificultad siempre reside en la necesidad de encontrar un número muy
grande, de hecho infinito, de recorridos y calcular detalladamente las
fases para luego poder sumarlos y obtener el resultado deseado.
Los
investigadores del equipo franco-bosnio-alemán encontraron al estudiar
la interacción entre un láser intenso y un átomo que cuando el electrón
queda liberado del átomo, tiene un número muy reducido de órbitas que
puede seguir. El electrón puede alejarse del ión y terminar así su
interacción, pero mucho más interesante es que el electrón propulsado
por el campo eléctrico del láser siga una órbita que primero lo aleje y
luego lo vuelva a acercar al ión provocando una colisión con éste o una
segunda vuelta antes de salir disparado. Si bien el átomo ya es un ión,
el electrón todavía no está libre y se mantiene en su vecindad, incluso
le da la vuelta, retrasando el fin de la ionización. La identificación
de las dos o tres órbitas más importantes con sus respectivas fases o
relojes propios, permite a los científicos calcular con gran exactitud
el complejo fenómeno de la interacción entre el átomo y el láser
intenso. Han aprovechado la formulación de Feynman para ilustrar de
manera muy clara el proceso físico involucrado.
Esta
visión de órbitas, casi 'astronómicas', en donde el electrón parece ser
un satélite con reloj propio (fase) enviado al espacio desde la Tierra,
ayuda a dilucidar procesos que si no resultan muy complicados. Los
trabajos de la colaboración dirigida por Lewenstein van a permitir
incrementar la eficiencia en la generación de rayos X coherentes sin
necesidad de aceleradores grandes y costosos; pero, sobre todo, nos han
mostrado que los recorridos mecánico cuánticos de Feynman no son una
pura invención matemática, sino una realidad de la naturaleza.
Luis Orozco es físico en la Universidad del Estado de Nueva York.
* Este artículo apareció en la edición impresa del Miércoles, 13 de junio de 2001
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https://elpais.com/diario/2001/06/13/futuro/992383206_850215.html
Diagramas de Feynman
https://www.youtube.com/watch?v=8TVGAyqlFAo&fbclid=IwAR2XfVazN1Tswcn4qb0Ze5UQ_X-FzvMdKXYzRbxfOZi-b3mNa_Z4RVldses
https://www.youtube.com/watch?v=IP-rnMj5d1Yhttps://periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/viewFile/1090/849
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Documental: vida y obra de Richard Feynman (1918-1988)
Richard Phillips Feynman (11 mayo 1918 hasta 15 febrero 1988) fue un físico teórico estadounidense conocido por su trabajo en la formulación integral de la trayectoria de la mecánica cuántica, la teoría de la electrodinámica cuántica y la física de la superfluidez del helio líquido subenfriado, así como en la física de partículas para el que propuso el modelo Parton. Por sus contribuciones al desarrollo de la electrodinámica cuantica, Feynman, en forma conjunta con Julian Schwinger y Sin-Itiro Tomonaga, recibió el Premio Nobel de Física en 1965. Él desarrolló un esquema de representación pictórica ampliamente utilizada para las expresiones matemáticas que rigen el comportamiento de las partículas subatómicas, que más tarde se conoció como los diagramas de Feynman. Durante su vida, Feynman se convirtió en uno de los científicos más conocidos en el mundo. En una encuesta de 1999 de los 130 principales físicos de todo el mundo de la revista británica Physics World, Feynman fue clasificado como uno de los diez más grandes físicos de todos los tiempos.
Ayudó en el desarrollo de la bomba atómica durante la Segunda Guerra Mundial y se hizo conocido a un amplio público en la década de 1980 como miembro de la Comisión Rogers, el panel que investigó el desastre del transbordador espacial Challenger. Además de su trabajo en física teórica, Feynman se ha acreditado con pioneros en el campo de la computación cuántica, e introdujo el concepto de nanotecnología. Ocupó la cátedra de Richard Chace Tolman en física teórica en el Instituto Tecnológico de California.
Feynman fue un divulgador entusiasta de la física a través de libros y conferencias, incluyendo una charla de 1959 sobre nanotecnología de arriba hacia abajo llamada “There’s Plenty of Room at the Bottom” (Hay mucho sitio al fondo), y la publicación de tres volúmenes de sus conferencias de pre-grado,The Feynman Lectures on Physics. Feynman también se dio a conocer a través de sus libros semi-autobiográficos “Surely You’re Joking, Mr. Feynman!(“Está usted de broma Sr. Feynman?) y “What Do You Care What Other People Think?” (¿Qué te importa lo que otros piensan?) y los libros escritos sobre él , como “Tuva or Bust!” y “Genius: The Life and Science of Richard Feynman by James Gleick”. (fuente wikipedia)
- https://www.youtube.com/watch?v=Qf1BGZ739xY&feature=youtu.be
Dialgo con otras disciplinas
http://www.fce.unal.edu.co/media/files/CentroEditorial/catalogo/Libros_Digitalizados/A_Dialogos_Economia_Otras_Ciencias.pdf
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