La colombiana que busca comprender el mundo de la física cuántica

“Leonor Medina, mi profesora del colegio desde muy chiquita, siempre nos decía: ‘Mis chinitas, o se avispan o se casan con antioqueño’. Pues lo que yo hice fue obviamente avisparme”. Y sí que lo hizo. Ana María Rey, física colombiana, ganó en 2005 el Premio a la Tesis Doctoral Sobresaliente de Física Atómica, Molecular y Óptica de la American Physical Society; en 2013 fue una de las ganadoras del Premio Presidencial para Científicos e Ingenieros en la etapa inicial de sus carreras, que recibió en la Casa Blanca, y ese mismo año obtuvo la beca de la Fundación MacArthur. Además, en 2019 se convirtió en la primera mujer de habla hispana en recibir el premio Blavatnik National Awards for Young Scientists, y el 3 de mayo pasado fue elegida para integrar la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU.

Pese a todo eso, y a que ha publicado más de 200 artículos y dado cientos de conferencias alrededor del mundo, Rey reniega de la genialidad como un atributo natural.

“Trabajo con un profesor que es el premio nobel en física de 2001, Carl E. Wieman. Él se dedicó a investigar la educación en física y uno de los mensajes que trata de transmitir a los estudiantes es que el cerebro se forma por estímulos prácticos. Es decir, la inteligencia se desarrolla entrenando al cerebro a tener curiosidad, a tratar de estar todo el tiempo procesando información. No se trata de un don natural. ¿A qué me refiero con estímulos? A preguntarse cosas: ¿por qué pasa eso de esa manera? ¿Por qué el mundo es así? Eso motiva la conexión de las neuronas y creo que eso fue lo que me pasó a mí desde niña”, dice la científica.

Su primer curso de física lo tomó en quinto año de bachillerato. “Desde ahí no tuve ninguna duda de que yo quería ser física”. Fue becada para estudiar esa carrera en la Universidad de los Andes, a donde volvió el pasado 17 de octubre como oradora invitada en los grados de esa institución, celebrados en el Movistar Arena. Allí les habló a cientos de personas (entre estudiantes, graduandos y familiares) sobre su carrera, pero también sobre el éxito, la felicidad y la posibilidad de cambiar de rumbo cuando sea necesario.

“Nunca se estanquen en algo que no les guste”, les dijo. Así lo decidió ella cuando conoció al profesor William D. Phillips, otro premio nobel de física (1997) por su trabajo en el estudio de una técnica para controlar y estudiar átomos en estado gaseoso en el National Institute of Standard Technology, donde hoy también trabaja Rey. (Puede ver: Un análisis de sangre ayudaría a predecir el riesgo de enfermedades)

Phillips le propuso a Rey iniciar una investigación en redes ópticas, que son campos creados por láseres para enfriar átomos a temperaturas extremadamente bajas. “Así los podemos atrapar para utilizar sus propiedades cuánticas; es decir, sus propiedades microscópicas, como una ventana para estudiar el mundo cuántico”, dice la colombiana. En ese mundo, millones de veces más pequeño de lo que es un grano de arena, pasan cosas que a los físicos les intrigan mucho: allí la física cambia.

Imagine, por ejemplo, que tiene una moneda y la lanza al aire. Mientras está en el aire, en nuestro mundo no sabemos si caerá cara arriba o cara abajo, pero tendrá que ser una de ambas, por supuesto. En el mundo cuántico, por el contrario, una partícula puede estar en múltiples estados a la vez (lo que los científicos llaman superposición), como si la moneda estuviera en un estado de cara arriba y cara abajo al mismo tiempo. O piense en dos gemelos idénticos, con una conexión más especial de lo que dice el cliché. Si uno de ellos se ríe, el otro automáticamente se ríe, sin importar cuán lejos estén. En la física cuántica, las partículas pueden estar entrelazadas de manera que lo que le sucede a una afecta a la otra, aun si están separadas por distancias enormes. (Puede ver: En Colombia existen orugas venenosas que pueden matarte).

Avanzar en la compresión del mundo cuántico tiene impactos en el desarrollo de tecnologías cuánticas de alta precisión, como los relojes atómicos, que difieren de los relojes convencionales al basarse en las vibraciones y los comportamientos de los átomos en lugar de engranajes y manecillas. Los científicos cuentan estas vibraciones atómicas para medir el tiempo con gran precisión.

Para ejemplificarlo, basta decir que si, hipotéticamente, estuviéramos ejecutando un reloj de este tipo desde el comienzo del universo, hace 13.800 millones de años, hoy el error sería de solo una fracción de segundo. “Pero ese desfase es todavía un reto. Hasta ahora, los relojes atómicos todavía operan con propiedades clásicas”, dice Rey.

Básicamente, lo que esto quiere decir es que los científicos aún no saben cómo hacer relojes que puedan utilizar propiedades tan extrañas como el entrelazamiento de átomos. “Si lo lográramos, los relojes podrían ser todavía más precisos. Así que mi reto durante estos años ha sido lograr las condiciones necesarias para enredar los átomos en un reloj atómico. Hacerlos que operen de una forma totalmente cuántica”, explica Rey.

Lograrlo abriría un mundo de oportunidades en el desarrollo de, por ejemplo, computadores cuánticos. También podría mejorar significativamente la precisión de los sistemas de navegación, como el GPS, lo que sería útil en la navegación aérea, marítima y terrestre, reduciendo la posibilidad de los errores en la ubicación y la dirección.

Puede ver: La primera fotografía clara de la Estación espacial china

“Para todo eso, es importante enfriar los átomos, porque es como si así estuvieran en su forma más pura del comportamiento cuántico”, agrega la profesora Rey. Su trabajo le mereció que la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU., una de las organizaciones científicas más prestigiosas del mundo, la invitara a ser miembro oficial.

“La elección de la NAS es rigurosa y competitiva, y solo un pequeño porcentaje de científicos nominados son seleccionados para ser miembros. Como resultado, ser elegido miembro de la NAS es una validación del trabajo científico y un testimonio de la calidad de su investigación”, explica la Universidad de Colorado, para dimensionar ese logro. “Fue una gran satisfacción y un reconocimiento no solo para mí, sino para todo el equipo”, dice Rey.

Aunque ha desarrollado la mayor parte de su investigación en ese país, su concepto sobre cómo se enseña física en las universidades colombianas es muy diciente. “Cuando yo llegué a EE. UU. a estudiar el posgrado, tenía muchos de los problemas de las tareas que me daban ya hechos, porque en Colombia los habíamos hecho en el pregrado. La educación de física en Colombia es muy buena. La formación que yo tuve utilizaba libros que se utilizan en EE. UU. en posgrado y posdoctorado”, comenta.

Sin embargo, cuando la universidad termina, la mayoría de los investigadores colombianos tienen dificultades para seguir investigando. “Estudiar es muy distinto a investigar. Enfrentarse a un problema que no se ha pensado antes, que no se sabe si tiene solución, es diferente a hacer una tarea donde el problema se ha pensado desde antes. Hay que impulsar más lo primero”.

Puede ver: Científicos buscan que microbios sean incluidos en los modelos del cambio climático

Rey hizo parte de una de la comisión de sabios sobre ciencia en Colombia de 2019, que buscó generar estrategias para impulsar el desarrollo de ese campo en el país. “Fueron horas y horas de consideración con el comité, con los miembros de la ciencia básica a la que yo pertenecía”, dice. Una de sus primeras recomendaciones es estimular la mente de los niños desde corta edad. “Hay que entrenarlos en conceptos de ciencia. Despojar a la ciencia de que es aburrida y complicada, y adquirir un enfoque donde la investigación es un experimento. Hay que dejar de ver esto como un tema de memoria”.

“Leonor Medina, mi profesora del colegio desde muy chiquita, siempre nos decía: ‘Mis chinitas, o se avispan o se casan con antioqueño’. Pues lo que yo hice fue obviamente avisparme”. Y sí que lo hizo. Ana María Rey, física colombiana, ganó en 2005 el Premio a la Tesis Doctoral Sobresaliente de Física Atómica, Molecular y Óptica de la American Physical Society; en 2013 fue una de las ganadoras del Premio Presidencial para Científicos e Ingenieros en la etapa inicial de sus carreras, que recibió en la Casa Blanca, y ese mismo año obtuvo la beca de la Fundación MacArthur. Además, en 2019 se convirtió en la primera mujer de habla hispana en recibir el premio Blavatnik National Awards for Young Scientists, y el 3 de mayo pasado fue elegida para integrar la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU.

Pese a todo eso, y a que ha publicado más de 200 artículos y dado cientos de conferencias alrededor del mundo, Rey reniega de la genialidad como un atributo natural.

“Trabajo con un profesor que es el premio nobel en física de 2001, Carl E. Wieman. Él se dedicó a investigar la educación en física y uno de los mensajes que trata de transmitir a los estudiantes es que el cerebro se forma por estímulos prácticos. Es decir, la inteligencia se desarrolla entrenando al cerebro a tener curiosidad, a tratar de estar todo el tiempo procesando información. No se trata de un don natural. ¿A qué me refiero con estímulos? A preguntarse cosas: ¿por qué pasa eso de esa manera? ¿Por qué el mundo es así? Eso motiva la conexión de las neuronas y creo que eso fue lo que me pasó a mí desde niña”, dice la científica.

Su primer curso de física lo tomó en quinto año de bachillerato. “Desde ahí no tuve ninguna duda de que yo quería ser física”. Fue becada para estudiar esa carrera en la Universidad de los Andes, a donde volvió el pasado 17 de octubre como oradora invitada en los grados de esa institución, celebrados en el Movistar Arena. Allí les habló a cientos de personas (entre estudiantes, graduandos y familiares) sobre su carrera, pero también sobre el éxito, la felicidad y la posibilidad de cambiar de rumbo cuando sea necesario.

“Nunca se estanquen en algo que no les guste”, les dijo. Así lo decidió ella cuando conoció al profesor William D. Phillips, otro premio nobel de física (1997) por su trabajo en el estudio de una técnica para controlar y estudiar átomos en estado gaseoso en el National Institute of Standard Technology, donde hoy también trabaja Rey. (Puede ver: Un análisis de sangre ayudaría a predecir el riesgo de enfermedades)

Phillips le propuso a Rey iniciar una investigación en redes ópticas, que son campos creados por láseres para enfriar átomos a temperaturas extremadamente bajas. “Así los podemos atrapar para utilizar sus propiedades cuánticas; es decir, sus propiedades microscópicas, como una ventana para estudiar el mundo cuántico”, dice la colombiana. En ese mundo, millones de veces más pequeño de lo que es un grano de arena, pasan cosas que a los físicos les intrigan mucho: allí la física cambia.

Imagine, por ejemplo, que tiene una moneda y la lanza al aire. Mientras está en el aire, en nuestro mundo no sabemos si caerá cara arriba o cara abajo, pero tendrá que ser una de ambas, por supuesto. En el mundo cuántico, por el contrario, una partícula puede estar en múltiples estados a la vez (lo que los científicos llaman superposición), como si la moneda estuviera en un estado de cara arriba y cara abajo al mismo tiempo. O piense en dos gemelos idénticos, con una conexión más especial de lo que dice el cliché. Si uno de ellos se ríe, el otro automáticamente se ríe, sin importar cuán lejos estén. En la física cuántica, las partículas pueden estar entrelazadas de manera que lo que le sucede a una afecta a la otra, aun si están separadas por distancias enormes. (Puede ver: En Colombia existen orugas venenosas que pueden matarte).

Avanzar en la compresión del mundo cuántico tiene impactos en el desarrollo de tecnologías cuánticas de alta precisión, como los relojes atómicos, que difieren de los relojes convencionales al basarse en las vibraciones y los comportamientos de los átomos en lugar de engranajes y manecillas. Los científicos cuentan estas vibraciones atómicas para medir el tiempo con gran precisión.

Para ejemplificarlo, basta decir que si, hipotéticamente, estuviéramos ejecutando un reloj de este tipo desde el comienzo del universo, hace 13.800 millones de años, hoy el error sería de solo una fracción de segundo. “Pero ese desfase es todavía un reto. Hasta ahora, los relojes atómicos todavía operan con propiedades clásicas”, dice Rey.

Básicamente, lo que esto quiere decir es que los científicos aún no saben cómo hacer relojes que puedan utilizar propiedades tan extrañas como el entrelazamiento de átomos. “Si lo lográramos, los relojes podrían ser todavía más precisos. Así que mi reto durante estos años ha sido lograr las condiciones necesarias para enredar los átomos en un reloj atómico. Hacerlos que operen de una forma totalmente cuántica”, explica Rey.

Lograrlo abriría un mundo de oportunidades en el desarrollo de, por ejemplo, computadores cuánticos. También podría mejorar significativamente la precisión de los sistemas de navegación, como el GPS, lo que sería útil en la navegación aérea, marítima y terrestre, reduciendo la posibilidad de los errores en la ubicación y la dirección.

Puede ver: La primera fotografía clara de la Estación espacial china

“Para todo eso, es importante enfriar los átomos, porque es como si así estuvieran en su forma más pura del comportamiento cuántico”, agrega la profesora Rey. Su trabajo le mereció que la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU., una de las organizaciones científicas más prestigiosas del mundo, la invitara a ser miembro oficial.

“La elección de la NAS es rigurosa y competitiva, y solo un pequeño porcentaje de científicos nominados son seleccionados para ser miembros. Como resultado, ser elegido miembro de la NAS es una validación del trabajo científico y un testimonio de la calidad de su investigación”, explica la Universidad de Colorado, para dimensionar ese logro. “Fue una gran satisfacción y un reconocimiento no solo para mí, sino para todo el equipo”, dice Rey.

Aunque ha desarrollado la mayor parte de su investigación en ese país, su concepto sobre cómo se enseña física en las universidades colombianas es muy diciente. “Cuando yo llegué a EE. UU. a estudiar el posgrado, tenía muchos de los problemas de las tareas que me daban ya hechos, porque en Colombia los habíamos hecho en el pregrado. La educación de física en Colombia es muy buena. La formación que yo tuve utilizaba libros que se utilizan en EE. UU. en posgrado y posdoctorado”, comenta.

Sin embargo, cuando la universidad termina, la mayoría de los investigadores colombianos tienen dificultades para seguir investigando. “Estudiar es muy distinto a investigar. Enfrentarse a un problema que no se ha pensado antes, que no se sabe si tiene solución, es diferente a hacer una tarea donde el problema se ha pensado desde antes. Hay que impulsar más lo primero”.

Puede ver: Científicos buscan que microbios sean incluidos en los modelos del cambio climático

Rey hizo parte de una de la comisión de sabios sobre ciencia en Colombia de 2019, que buscó generar estrategias para impulsar el desarrollo de ese campo en el país. “Fueron horas y horas de consideración con el comité, con los miembros de la ciencia básica a la que yo pertenecía”, dice. Una de sus primeras recomendaciones es estimular la mente de los niños desde corta edad. “Hay que entrenarlos en conceptos de ciencia. Despojar a la ciencia de que es aburrida y complicada, y adquirir un enfoque donde la investigación es un experimento. Hay que dejar de ver esto como un tema de memoria”.