21 de noviembre de 2013

Ketterle, Wolfgang

Ketterle, Wolfgang 

Por: J. R. Fernández de Cano.

mcnbiografias.- Físico alemán, nacido en Heidelberg (en el estado federado de Baden-Württemberg) el 21 de octubre de 1957. Fue galardonado con el Premio Nobel de Física -que compartió con los estadounidenses Eric A. Cornell (1961- ) y Carl E. Wieman (1951- )- en 2001, "por la conquista del condensado Bose-Einstein, un estado de la materia a temperatura ultrabaja en el que los átomos se comportan como un único superátomo, siguiendo las leyes de la mecánica cuántica".

Vida

Hijo de unos humildes trabajadores rurales que, tras la II Guerra Mundial (1939-1945), se habían asentado en Heidelberg en busca de mejores posibilidades económicas, gozó desde niño de una envidiable estabilidad familiar, alcanzada merced al esfuerzo de sus progenitores.

Desde los tres años de edad, el pequeño Wolfgang creció en la pequeña población de Eppelheim, vecina a su ciudad natal, donde se habían afincado definitivamente los Ketterle con sus tres hijos. La familia prosperó enseguida gracias al trabajo infatigable de ambos cónyuges: el padre, que había ingresado como aprendiz en una fábrica de combustibles de aceite y carbón, acabó siendo director de dicha compañía; y la madre, tras dedicarse a cuidar del hogar y atender a sus hijos pequeños, puso un pequeño negocio de distribución de productos de primeros auxilios. Gracias a este tesón laboral de sus progenitores, el futuro premio Nobel tuvo acceso a una esmerada formación académica, al tiempo que asimilaba una concepción del trabajo como medio de progreso y mejora, noción que habría de estar siempre presente en su posterior carrera científica.

Los Ketterle, conscientes de que podían proporcionar a sus hijos la educación que ellos, por culpa de la guerra y de la escasez de recursos económicos, no habían podido recibir, les facilitaron el desarrollo de todas sus tendencias e iniciativas artísticas, deportivas e intelectuales. Así, pronto vieron que el joven Wolfgang mostraba una especial inclinación hacia las Ciencias y la tecnología, manifiesta en su predilección por una serie de juegos basados en la mecánica y la electricidad. Aún en plena niñez, disfrutaba arreglando instalaciones eléctricas, jugando con las herramientas de su padre y experimentando, en el sótano de su casa, con diferentes productos químicos. En el curso de estas distracciones, logró crear mezclas químicas que le permitieron fundir metales, y fue capaz de construir un tubo de sonido estéreo aprovechando las piezas útiles de una vieja radio y un televisor averiado.

Al mismo tiempo, el joven Wolfgang brillaba en la escuela tanto por su excelente progresión académica como por su destreza y habilidad en la práctica de varios deportes (fútbol, baloncesto, carreras de fondo y salto con pértiga). Tras haber concluido sus estudios básicos en sendas escuelas de Eppelheim y Heidelberg, pasó a cursar el bachillerato en el instituto (gymnasium) de esta última ciudad, donde progresó notablemente en sus materias favoritas, como las Matemáticas y las Ciencias, pero también en otras asignaturas que no le atraían demasiado (como la de Lengua alemana). Se sintió un poco decepcionado por no contar, en su instituto, con un buen laboratorio en el que fuera posible poner en práctica las enseñanzas teóricas; pero, con todo, recibió un buen estímulo por parte de sus profesores de Ciencias, quienes le animaron a seguir por ese camino.

Así las cosas, el joven Wolfgang concluyó su formación secundaria como el mejor alumno de su promoción. Dudó, entonces, entre cursar estudios superiores de Matemáticas, Física o Informática; pero pronto se decidió por la Física, pues consideró que en esta asignatura podría conciliar la teoría de las Matemáticas con la experimentación sobre el mundo real.

En 1976, el futuro premio Nobel ingresó en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Heidelberg, donde realizó una diplomatura de dos años, atendiendo a todas las ramas de la Física en general, aunque ya ciertamente atraído por la Física nuclear. Luego pasó, como era su deseo desde un principio, a la prestigiosa Universidad Técnica de Múnich, donde le resultaba más fácil compaginar su dedicación al estudio y a la investigación con sus frecuentes excursiones a los Alpes, para practicar esquí y montañismo. En Múnich, además, el joven Ketterle desarrolló otras aficiones -como la estudio de las Artes plásticas, con frecuentes visitas a sus ricos museos- y experimentó unas inquietudes humanitarias que le empujaron a militar en un movimiento pacifista.

A la sombra de maestros tan relevantes como Wolfgang Götze, el joven Ketterle completó su licenciatura, cada vez más volcado a la Física teórica y las Matemáticas aplicadas a la resolución de problemas físicos. Pero, a la hora de afrontar su tesis doctoral, decidió cambiar de rumbo y centrarse en la Física experimental, y eligió como tema de trabajo el análisis de los semiconductores que usan la espectroscopia de láser. Pero este proyecto, supervisado en profundidad por el catedrático Herbert Walther y el doctor Hartmut Figger en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (en Garching, cerca de Múnich), resultó ser inviable con los medios que tenía a su alcance Wolfgang Ketterle; así que éste decidió centrarse en un nuevo tema de investigación: la espectroscopia básica de pequeñas moléculas.

Tras obtener, en 1986, el título de doctor en Ciencias Físicas por la Universidad de Múnich, Ketterle Wolfgang, ya considerado como uno de físicos más prometedores de su generación, se incorporó al ya citado Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, donde llevó a cabo una investigación post-doctoral que le permitió ganar puntos para su posterior carrera docente. Ésta tuvo su inicio en la Universidad de Heidelberg, donde impartió clases de Física hasta 1993. En dicho año, se instaló en los Estados Unidos de América para continuar desarrollando sus labores docentes y sus investigaciones en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), donde, al profundizar en sus estudios de Física atómica y espectroscopia de láser, se interesó vivamente por los condensados de materia de Bose-Einstein. Por los resultados obtenidos a raíz de estas investigaciones habría de recibir, en el año 2001, el Premio Nobel.

Además, otros muchos premios y distinciones jalonan su fecunda trayectoria científica; entre ellos, cabe recordar el "David and Lucile Packard Fellowship" (1996), el Premio "Rabi" de la American Physical Society (1997), el premio "Gustav-Hertz" de la German Physical Society (1997), el Premio a la Innovación Tecnológica de Discover Magazine (1998), el Premio "Fritz London" a la Física de Bajas temperaturas (1999), el Premio "Dannie-Heineman" de la Academy of Sciences de Göttingen, Alemania (1999), y la Medalla de Física "Benjamin Franklin" (2000).

Aportaciones de Ketterle

En el curso de las investigaciones llevadas a cabo en el MIT, Wolfgang Ketterle obtuvo, en 1995, un gas compuesto por unos doscientos mil átomos de sodio a una temperatura de tan sólo 0,00000002 ºK. De acuerdo por lo establecido hasta entonces en los estudios de Bose-Einstein, a dicha temperatura la energía de los átomos ha de ser ínfima, por lo que su longitud de onda de De Broglie es lo suficientemente grande para que interactúe con la de los átomos más cercanos.

Ketterle demostró que, a temperaturas tan reducidas, las funciones atómicas individuales se sincronizan, lo que a su vez da lugar a una coherencia entre las propiedades individuales de los átomos que aparecen en una situación especial de materia (denominada en la Física contemporánea "materia condensada"). De un modo también muy divulgativo, los físicos que han estudiado este fenómeno han afirmado, metafóricamente, que los átomos sujetos a estas condiciones "cantan al unísono, en la medida en que la función de onda de cada uno de ellos se ha aunado con la de los contiguos o cercanos. Se trata, en definitiva, de un fenómeno semejante al del láser, que no es sino una forma especial de radiación luminosa cuyos fotones guardan idéntica relación de coherencia en lo que respecta a su fase y a su dirección.

Curiosamente, al tiempo que Wolfgang Ketterle realizaba estos hallazgos en el MIT, sus colegas Eric A. Cornell y Carl E. Wieman, con los que habría de compartir el Nobel, llegaron a las mismas conclusiones en el National Institute of Standards and Technology (NIST), donde, sin mantener contacto alguno con Ketterle, habían realizado una investigación pareja. Cornell y Wieman estudiaban, en efecto, los condensados de materia Bose-Einstein (también conocidos por sus siglas en inglés: BEC), y se habían adelantado en cuatro meses a Ketterle en la publicación de un denso estudio en el que demostraban haber obtenido estos condensados. Pero la Academia Sueca decidió que el científico de Heidelberg reunía tantos méritos o más que sus dos colegas, en la medida en que él había conseguido contener condensados BEC mucho mayores, en un gas diluido de átomos de sodio, lo que permitía estudiarlos con más detenimiento.

En realidad, la existencia de los BEC había sido predicha mucho tiempo atrás, por un par de científicos a los que deben su nombre: el hindú Satyendra Nath Bose (1894-1974) y el genial padre de la relatividad Albert Einstein (1879-1955). En 1924, Bose, que viajaba por Europa entrevistándose con los principales físicos atómicos del momento -como el danés Niels Bohr (1885-1962), el francés De Broglie (1892-1987) y el susodicho Einstein- puso en conocimiento de éste último sus especulaciones acerca de la existencia de estos condensados. Einstein desarrolló las investigaciones de su colega hindú y llegó a la conclusión de que sus predicciones teóricas eran ciertas, si bien no era posible obtener experimentalmente estos concentrados, ya que no había procedimientos técnicos para alcanzar temperaturas tan cercanas al cero absoluto (20-10-9 ºK) ni para confinar las nubes atómicas en recintos a bajísimas presiones (10-12 torr).

A finales de los años ochenta, la consecución de estos concentrados estaba mucho más próxima, merced a las técnicas de enfriamiento desarrolladas por los norteamericanos Steven Chu (1948- ) y William D. Phillips (1948- ), y el francés Claude Cohen-Tannoudji (1933- ), los tres galardonados con el Premio Nobel en 1988. Aprovechando sus valiosas aportaciones, Ketterle y su equipo de colaboradores del MIT concibieron una gran variedad de técnicas de enfriamiento por medio de láser, trampas magnéticas o evaporación mediante ondas luminosas, con lo que finalmente pudieron obtener los átomos ultrafríos necesarios para demostrar empíricamente las predicciones de Bose y Einstein.

Gracias a los logros de Ketterle en lo relacionado con la condensación Bose-Einstein, en la actualidad muchos equipos de investigadores trabajan en el estudio de materiales ultrafríos en un nuevo régimen. En realidad, un condensado BEC se puede definir como una nube coherente de átomos con una población a nivel microscópico situada en estado de reposo térmico en el fondo de una trampa térmica. Sus múltiples propiedades -que aún están siendo analizadas por Ketterle y otros equipos de físicos- esconden sorpresas tan gratas como la superfluidez y la ordenación a gran escala, así como un comportamiento novedoso frente a las colisiones interatómicas y la interferencia luminosa. Por todo ello, se confía en que, a largo plazo, los BEC tengan una valiosa aplicación en metrología de precisión, en óptica atómica y, en consecuencia, en el desarrollo de la nanotecnología.


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