¿Qué hacen los físicos cuánticos en sus trabajos?

No existe un físico cuántico. Toda la sorpresa, ¿no? Pero no es demasiado sorprendente: conceptualmente, la mecánica cuántica como un área de investigación activa en sí misma terminó en la década de 1940.

La American Physical Society reconoce las siguientes ramas activas en física por especialidades de miembros:

  • Física Atómica, Molecular y Óptica
  • Astrofísica
  • Física biológica
  • Física Química
  • Física Computacional
  • Física de la Materia Condensada
  • Dinámica de fluidos
  • Ciencia láser
  • Física de materiales
  • Física nuclear
  • Partículas y Campos
  • Física de vigas (DPB)
  • Física de plasma
  • Física de polímeros

De estos, la mecánica cuántica se usa o está ampliamente involucrada en todas las ramas, excepto la dinámica de fluidos, la física del plasma y la física computacional. La astrofísica lo usa ocasionalmente, pero es más probable que encuentre expertos en relatividad general.

Una pregunta mejor y más apropiada es: ¿qué hacen los físicos que usan la mecánica cuántica en sus trabajos?


Entonces, ¿qué hacen los físicos que usan la mecánica cuántica en sus trabajos?

¡Por qué, investigación, por supuesto!

  • Los físicos de la materia condensada exploran los fundamentos teóricos de los materiales cotidianos. Los físicos experimentales de la materia condensada están ocupados inventando nuevos materiales o explorando fenómenos interesantes como la superconductividad, utilizando instrumentos sensibles o mediante interesantes simulaciones numéricas / informáticas. Inna Vishik y Dan Lenski son físicos practicantes de materia condensada en Quora. Esta región se superpone fuertemente con la física de materiales.
  • Los físicos de polímeros intentan explorar el interesante mundo de los polímeros (cadenas de moléculas que se repiten) realizando experimentos. La física biológica y química construye modelos de mecánica cuántica de la formación o evolución de moléculas en biología o química.
  • Los físicos de partículas, obviamente, construyen dispositivos para medir y explorar las propiedades de las partículas a gran escala. (Cuán sostenible es esta es otra cuestión: probablemente solo quedan unos pocos lugares en el mundo capaces de competir significativamente con el LHC). También intentan razonar significativamente sobre el comportamiento esperado de las interacciones de partículas. Giordon Stark y Jay Wacker son físicos de partículas en Quora.
  • Los físicos nucleares estudian la cromodinámica cuántica para comprender realmente el comportamiento del núcleo. Te sorprendería lo útil que algo tan pequeño puede ser tan útil: los físicos nucleares descubrieron la resonancia magnética nuclear, el principio sobre el cual funcionan las máquinas de resonancia magnética.
  • Finalmente, los físicos atómicos, moleculares y ópticos investigan la respuesta de la luz y los átomos a fenómenos novedosos. Estas son las personas que actualmente participan en la construcción de computadoras cuánticas, y Hadayat Seddiqi es su hombre para ir.

“¡Muy bien, bien!”, Te escucho decir. “Pero, ¿qué hacen realmente los físicos? No pueden despertarse todas las mañanas y realizar experimentos o simulaciones todo el día. ¿Pueden? ¿Cómo se ve un día promedio?”

Bueno, si bien la investigación es el enfoque central del trabajo de un físico profesional, también tienen muchas otras responsabilidades:

  • Escriben trabajos de investigación, resumen los resultados de sus experimentos o documentan nuevas ideas y el impacto que tiene en el estado del campo.
  • Viajan por todo el mundo para dar conferencias en conferencias académicas, presentando su trabajo a la comunidad científica más amplia.
  • Enseñan, bastante excesivamente. Los físicos profesionales suelen terminar impartiendo cursos en la universidad para la que trabajan, desde el nivel de pregrado hasta el de posgrado.
  • Dirigen laboratorios de investigación con equipos científicos sensibles. Asesoran a estudiantes de doctorado jóvenes y esperanzados para que desarrollen los conjuntos de habilidades que necesitan para ser investigadores efectivos y convertirse en físicos reales.
  • Buscan financiación. La ciencia es un negocio costoso y necesita ser financiado a través de una variedad de fuentes, incluido el gobierno, fundaciones de investigación o corporaciones. Muy a menudo esto implica escribir propuestas de subvención de investigación.

De eso se trata realmente. No es realmente una vida emocionante a menos que ames el trabajo, por eso los científicos lo hacen en primer lugar.

¿Qué tipo de físicos cuánticos? La mayoría de los físicos que utilizan la mecánica cuántica lo están aplicando, no estudiándolo por sí solo, en áreas como la computación cuántica, la captura de iones, la investigación de condensados ​​de Bose-Einstein, la investigación de superconducción, etc. (la mecánica cuántica probablemente aparece en más áreas de la física que no, pero estas son algunas áreas donde es la preocupación central).

Los físicos experimentales pasan tiempo construyendo instrumentos, ejecutando instrumentos, arreglando instrumentos, analizando datos y escribiendo documentos. Uno de esos instrumentos es una mesa de óptica que encontrarás en casi cualquier laboratorio de AMO. En una mesa óptica, los láseres se envían a través de un montón de dispositivos ópticos elegantes y, en última instancia, se toma una medida. Si el experimento que se realiza involucra qubits de iones atrapados, por ejemplo, el láser se usará para enfriar los iones para que puedan quedar atrapados (baja temperatura, combinada con un tamaño pequeño, es lo que desea para que los efectos de la mecánica cuántica puedan volverse significativo). La salida medida probablemente será el estado del qubit después de que se le realice algún tipo de manipulación mecánica cuántica.

Los físicos cuánticos teóricos no harán ninguna instrumentación y pasarán más tiempo, bueno, teorizando (admito que sé más sobre la vida cotidiana de los experimentadores que los teóricos). Esto puede incluir leer documentos (tenga en cuenta que los experimentadores también leen documentos), escribir documentos, ejecutar simulaciones, observar datos, construir modelos, probar modelos y hacer cosas en Mathematica.

Además, los físicos a menudo son profesores y, por lo tanto, a menudo imparten clases además de investigaciones que agregarán la preparación de conferencias, conferencias, tareas de clasificación y horas de oficina su lista de actividades diarias / semanales. Aunque no son exactamente actividades cotidianas, los físicos también asisten a coloquios, hablan en coloquios, visitan conferencias, solicitan subvenciones, solicitan la tenencia, se reúnen con funcionarios universitarios y comités de subvenciones, asesoran a estudiantes graduados, escriben cartas de recomendación y, una vez un año, celebrar jornadas de posgrado.

Los físicos son solucionadores de problemas. Dicho esto, los físicos cuánticos resuelven problemas en la física cuántica. Más allá de eso, existe el hecho de que los problemas de física no siempre son tan fáciles de resolver. Matemáticas, imaginación, examen lógico, estudio de sistemas, datos, resultados y realización de experimentos se pueden encontrar en la disciplina. Mientras que los ‘físicos experimentales’ generalmente cubren el trabajo de laboratorio real, el físico cuántico es un teórico, un explorador y un buscador de conocimiento de cualquier fuente. Algunos han sugerido que hay Filosofía en la Física Cuántica, y algunos parecen creer que el campo es solo una forma especial de física teórica. Sea lo que sea que tomes el trabajo, es difícil. Tratar de comprender la interacción de la nada y el vacío puede ser agotador. Intentar adivinar la “temperatura” del espacio-tiempo y seguir el campo de Higgs mientras imparte masa a las partículas imaginarias puede causarle dolor de cabeza. Quizás por eso no soy un físico cuántico.

Lo mismo que hacen los físicos, empujar números y lógica en un contexto físico. Dudo que encuentre que la física cuántica es una rama, sin embargo, la física está bien representada en varias áreas de la ciencia.

Intentan descubrir nuevos fenómenos cuánticos y trabajan como científicos de investigación.

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