Quàntica, l’experiment continua

Identificació de bacteris amb punts quàntics | NCI/NIST | Domini públic

1. Veure coses que no es veuen, un text d’Arnau Riera i fotografies de Miquel Taverna. Amb la col·laboració del Laboratori Atomic Quantum Optics (Mitchell Group), Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)
2. Reunió quàntica n. 12, una il·lustració de María Medem
3. Música irrellevant, un interactiu sonor d’Odil Bright
4. La lliçó més important, un poema de Martí Sales

Veure coses que no es veuen

Un text d’Arnau Riera i fotografies de Miquel Taverna. Amb la col·laboració del Laboratori Atomic Quantum Optics (Mitchell Group), Institut de Ciències Fotòniques (ICFO)

Fa prop de 2.500 anys uns quants filòsofs grecs van començar a plantejar-se si un tros de matèria podia ser contínuament trencat. Una pedra, per exemple, es pot trencar en uns quants bocins. A la vegada, un d’aquests bocins pot ser trencat una altra vegada. I així una vegada rere l’altra…

Hi havia dues opcions, o bé la matèria podia ser contínuament dividida en trossos cada vegada més petits, o, per contra, hi havia un moment en què els trossos ja no podien tornar a ser dividits. Demòcrit va ser partidari d’aquesta segona opció i a aquests trossets indivisibles els va anomenar àtoms.

Fins fa cosa d’un segle i mig la humanitat no sabia quina d’aquestes dues concepcions de la matèria, contínua vs. discreta, era la correcta. Era una qüestió de gust o intuïció. Si hi havia àtoms, aquests eren tan petits que esdevenien invisibles a ull nu i invisibles fins i tot amb qualsevol tipus de microscopi òptic.

Tot d’una, però, un seguit de curiosos van començar a experimentar amb gasos. El joc amb diferents volums, pressions, gasos… va donar lloc a unes lleis empíriques dels gasos. D’una manera sorprenent, aquestes lleis empíriques dels gasos resultaven ser les mateixes que les que tindrien una quantitat ingent de partícules (àtoms) obeint les lleis de Newton. La teoria cineticomolecular acabava de néixer.

Així és com ens vam convèncer que hi havia àtoms sense haver-ne vist mai cap.

Els àtoms no són ni molt menys l’única cosa en la qual creiem sense tenir-ne cap percepció sensorial. La llista és llarga: camps magnètics i elèctrics, ones de ràdio, microones, protons, neutrons i electrons, bosons de Higgs, ones gravitacionals, infrarojos, moments magnètics, polaritzacions, quasi-partícules, matèria i energia fosques, forats negres…

La història de la ciència és la història d’inventar coses que no veiem per poder explicar allò que sí que podem veure. Fem servir les lleis de la física per construir aparells que ens permetin mesurar amb més precisió, fet que ens permet realitzar nous experiments i descobrir nous fenòmens, que ens obliguen a inventar noves entitats teòriques. Aquest diàleg permanent entre la teoria, els experiments i la tecnologia accelera el progrés.

Ara bé, ens condueix cap a un escenari que pot ser incòmode. Podria ser que estiguéssim construint un univers de coneixement autoreferenciat? Podria haver-hi civilitzacions que poguessin explicar la natura amb altres entitats abstractes i lleis?

Sigui quina sigui la resposta a aquestes preguntes, s’ha de reconèixer que l’edifici de la ciència és fins ara harmònic i consistent. El seu èxit és aclaparador i la manera com ha augmentat el poder de la humanitat, incontestable.

El magnetòmetre òptic de la fotografia, per exemple, permet mesurar camps magnètics extremadament febles, fins a mil milions de vegades més petits que el generat per un imant de nevera. Aconseguir aquest prodigi de la metrologia (la ciència de la mesura) no és en absolut fàcil. Dins d’un cub de 5 mm de costat hi ha un gas de rubidi. Aquest gas s’il·lumina amb la llum d’un làser que manté els àtoms (del gas) orientats en la direcció del làser. Ara bé, la presència d’un camp magnètic desvia els àtoms d’aquesta orientació. Mitjançant un altre làser es pot mesurar l’angle de desviació dels àtoms i, d’aquesta manera, inferir la intensitat del camp magnètic. Són segles de coneixement científics encapsulats en un petit aparell de mesura.

Calibrar aquests aparells no és tampoc una tasca menor. S’han d’utilitzar tècniques sofisticades com l’espectroscòpia d’absorció saturada. Aquesta tècnica permet mesurar l’espectre d’absorció d’un gas d’àtoms alcalins amb una resolució altíssima, arribant a eliminar l’amplada de les línies d’absorció causades per la velocitat que tenen els mateixos àtoms dins del gas. Una altra vegada, la mesura es realitza fent passar un feix làser a través del gas i registrant la intensitat de la llum sortint. Un tractament adient d’aquestes dades ens donarà la informació buscada.

Veure-hi vol dir mesurar. I mesurar vol dir avui fer servir aparells extremadament sofisticats que incorporen un munt de fenòmens físics dels quals ningú entén del tot les seves parts. Això passa al CERN, on un sol detector ha estat construït per milers de persones, i passa amb els aparells de mesura dels laboratoris actuals: espectròmetres d’absorció saturada, magnetòmetres òptics, espremedors de la polarització de la llum… Per avançar en el camí de la ciència cal doncs sofisticar cada vegada més les ulleres amb les que mirem el món. Tant, que a vegades un pot arribar dubtar del que està realment veient.

Reunió quàntica n. 12

Una il·lustració de María Medem

La il·lustració sorgeix després de llegir el catàleg de l’exposició i entendre que la quàntica es regeix per regles que s’escapen de la lògica habitual amb què raonem i amb la qual aparentment tot funciona. Em va semblar força suggeridor i vaig voler inventar unes suposades reunions quàntiques on les persones convidades s’ajuntessin i en aquest espai tot estigués regit per les lleis quàntiques. El que més em va cridar l’atenció foren les dificultats implícites en els processos de mesura i el fet que la observació afecti allò observat.

Música irrellevant

Un interactiu sonor d’Odil Bright

«El procés irrellevant

En general, es pot evitar la desviació en la selecció d’elements d’una imatge fortuïta, emprant un mètode que sigui independent […]. Si és possible, el mètode ha de presentar un patró de selecció irregular i no previsible.»

G-Brecht (1966). Chance Imagery

«Música irrellevant» és una peça interactiva que, a través d’una analogia entre les partícules quàntiques i les notes musicals, pretén qüestionar la nostra concepció de la creació musical.

Quan iniciem l’aplicació, les partícules musicals existeixen lliurement, entrellaçades mitjançant una mateixa nota fonamental triada de manera aleatòria. No obstant això, quan hi intervenim, les obliguem a concretar-se dins d’un sistema organitzat.

Aquest sistema o estat musical està representat mitjançant un dels set modes moderns (jònic, dòric, frigi, lidi, mixolidi, eòlic i locri). La posició en què es troben les partícules en el moment de la intervenció determina l’ordre en què sonaran els elements de la manera musical, és a dir, una escala i un acord construïts a partir d’una nota fonamental.

«Música irrellevant» obliga a reflexionar sobre la noció de composició: en un procés en el qual bona part de les decisions es deleguen a l’atzar, l’expressió subjectiva de l’autor esdevé irrellevant.

La lliçó més important

Un poema de Martí Sales

Disseny i animació d’Edgar Riu