La Relojera (Atómica)

Cómo una mujer colombiana superó varios obstáculos para convertirse en una física teórica líder y desarrollar el reloj atómico más preciso del mundo.

A principios de la década de los 90, una estudiante que más adelante se convertiría en una de las principales físicas teóricas de nuestro tiempo se encontraba completando su tarea de física de bachillerato. De repente, una explosión sacudió su casa familiar en Bogotá, la capital de Colombia. Sus ventanas vibraron y Ana María Rey se dio cuenta de que una bomba había detonado cerca de su apartamento. El objetivo era una estación de policía cercana. Los carros bomba fueron comunes durante las décadas de conflicto armado entre las Fuerzas Armadas Revolucionarias de Colombia, junto a los cárteles de drogas de Colombia y el gobierno colombiano. El terrorismo se apoderó de la ciudad durante muchos años. Algunos incidentes, como la toma del Palacio de Justicia en 1985 y el bombardeo en 1993 al centro comercial Centro 93, fueron titulares a nivel mundial. Rey y sus amigos del colegio crecieron con miedo de ir a almacenes, al cine o a restaurantes. A donde fueran, la familia Rey tenía que abrir el baúl de su carro para que la policía pudiera inspeccionar en busca de explosivos. A pesar de la amenaza inminente del terrorismo, Rey consiguió escapar de esa locura sumergiéndose en su trabajo escolar.

Rey encontró su vocación después de un momento eureka durante su primera clase de física. “Todos los números y conceptos en mi mente cobraron vida”. Se dio cuenta de que los problemas del mundo real podían resolverse con la teoría. "Sentí la belleza de la física. Gobierna nuestro universo, desde los movimientos de electrones dentro de un átomo hasta el comportamiento de los agujeros negros. Era un rompecabezas que nos podía contar todo sobre el mundo, y me fascinaba poder resolverlo". Estaba cautivada. "Todo lo que quería aprender era física, sin importar el idioma en el que estuviera explicado. Mi profesor me trajo libros de texto de física avanzada, que leí en inglés". Sin embargo, para continuar con la física tuvo que confrontar los deseos de su familia, que se preocupaban por el futuro en Colombia de cualquier carrera relacionada con las ciencias.

“Vas a terminar manejando un taxi”, advirtieron los padres de Rey cuando ella les dijo que quería estudiar un título en física. Después de hacer una importante inversión en su educación, su madre y su padre sentían que estudiar teorías abstractas le proporcionaría pocas posibilidades para desarrollar una carrera profesional adecuada. "Necesitas encontrar un trabajo de verdad”, dijo el padre de Rey. Su madre fue Decana asociada y miembro del cuerpo docente de la facultad de economía de la Universidad del Rosario. Su padre fue Director general del Sorteo de Navidad, la lotería nacional más prestigiosa de Colombia. Cuando era pequeño, el padre de Rey quería ser matemático, pero sus padres lo persuadieron. Estaba agradecido por su consejo dado su exitosa carrera y quería lo mismo para su hija. Los Rey intentaron orientar a su hija, pero siguieron apoyándola. “Pagaremos para que estudies una carrera en ingeniería o derecho y obtengas tantas clases como desees, pero la física definitivamente no es una opción para una carrera a largo plazo”, le dijeron. Al igual que su padre, Rey siguió los consejos de sus padres y decidió hacer un curso en ingeniería. Empezó a prepararse mentalmente para una vida práctica, alejada del mundo de la física teórica, que era lo que le encantaba. Pero entonces, de pronto, todo cambió.

Después de realizar el Examen de Ingreso a la educación superior para acceder a la universidad, recibió una sorprendente llamada telefónica. No solo había obtenido la calificación más alta de su colegio en el ICFES, sino también la segunda calificación más alta en Colombia. No podía creerlo. Poco después de aplicar a la Universidad de los Andes, una de las principales universidades privadas de investigación en Colombia, se le ofreció una beca de grado en la facultad de arte y ciencias, que cubría todos sus gastos académicos. Contar con su propia financiación le permitía ser económicamente independiente. Canceló su aplicación a ingeniería y la cambió inmediatamente para ingresar a física. Ahora estaba preparada para perseguir la vida con la que había soñado después de su primera clase de física.


A Ana María le encantaba estudiar en la Universidad de Los Andes, pero nunca sería el techo para sus ambiciones a largo plazo. "Éramos un grupo diminuto de siete personas, con clases increíblemente reducidas y educación personalizada. Fue un año maravilloso, y ahí conocí a mi marido. Pero no hubo oportunidades de hacer un doctorado para mí en Colombia. Para continuar con la física, tuve que viajar al extranjero". Puso su mirada en Estados Unidos y se postuló en la Universidad de Maryland en College Park. Dado que la universidad tenía un buen historial con personas de Colombia, fue un lugar en el que ella y su esposo pudieron encontrar oportunidades. Después de completar su tesis sobre cómo un agujero negro giratorio afecta a la polarización de la luz que se propaga a sus inmediaciones, se graduó de la Universidad de Los Andes con honores con un título de grado en física. Poco después, obtuvo una beca de investigación de dos años en la Universidad de Maryland.

Establecer contactos dentro de la comunidad de científicos de óptica transformó completamente su carrera. Cuando llegó a Maryland en el año 2000, su trayectoria inicial no fue lo que había imaginado. "Quería estudiar algo más específico. Mi principal interés era la óptica no lineal, pero mi beca fue en física de plasma. Trabajé en ello durante medio año, pero al final no era lo mío". Luego, como parte de la serie introductoria de conferencias de física, William Phillips, quien había ganado el Premio Nobel por capturar y enfriar átomos, dio una charla a los estudiantes que iniciaban el doctorado. El tema del especialista de Física Molecular Atómica y Óptica (AMO) de Phillips inspiró a Rey. Después de la conferencia, se puso en contacto con Phillips y la conversación que tuvo con él causó un profundo impacto en su carrera. "Después de escuchar el discurso de Bill, no tuve ninguna duda de que eso era a lo que me quería dedicar. Fui directamente a hablar con mi profesor de física de plasma y le expliqué todo. Él, conocía a alguien del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) relacionado con los grupos de Bill y el profesor Charles W. Clark, y así se dio todo. Concerté una cita para hablar con ellos lo antes posible".

Rápidamente, pasó de ser una extranjera en un nuevo país a trabajar en igualdad de condiciones con las luminarias en su campo. "Fui a NIST, donde trabajaban Bill y el profesor Charles W. Clark. Le pregunté si podía incorporarme y hacer una investigación, a lo que ambos dijeron “sí, claro, bienvenida”. ¡Fue un sueño!" Rey comenzó a trabajar reportando a Clark, quien la introdujo a la captura de átomos en redes ópticas. Una plataforma para sostener átomos como una caja de huevos hecha completamente de rayos láser. Su trabajo incluía modelos para describir el comportamiento cuántico de los átomos congelados cerca del cero absoluto, las temperaturas a las que apenas pueden moverse, y en su lugar, experimentan tunelamiento cuántico en la red óptica. Su objetivo era estudiar cómo las colisiones entre átomos modifican su comportamiento cuántico.

El enfoque colaborativo de Rey con otras comunidades científicas ayudó a hacer de su doctorado uno de los trabajos teóricos más avanzados y extensos hasta entonces, ya que abarca conceptos que van desde la física molecular y óptica atómica hasta la cosmología. Mientras perfeccionaba su comprensión sobre los átomos capturados en las redes ópticas, Rey notó que los métodos clásicos para estudiar los átomos ultrafríos, las ecuaciones de Gross-Pitaevskii (GP), no eran completamente exactos. Aunque funcionaban para gases diluidos, las ecuaciones no eran exactas para las condiciones densas que se alcanzaban cuando los átomos estaban altamente confinados en una red óptica. Buscó comunidades científicas que pocos normalmente asociarían con la física de AMO. "Se me ocurrió que era crucial tener una mente abierta y hablar con expertos en otros campos. Me di cuenta de que los cosmólogos han trabajado en temas similares al modelar el universo temprano y ya había desarrollado métodos más avanzados para describir la compleja dinámica cuántica. La gente en mi campo no conocía estos métodos. Así que fui a ver cómo podían colaborar. Trabajé en la adaptación de sus métodos a los gases atómicos ultrafríos y en el desarrollo de nuevas herramientas que redefinieron nuestra comprensión sobre el comportamiento atómico más allá de las ecuaciones tradicionales de GP. Estos métodos ayudaron como guía para los primeros experimentos que comenzaban a explorar la compleja dinámica cuántica exhibida por átomos interactuantes en las redes ópticas".

Con una nueva comprensión de las colisiones atómicas, la teoría de Rey permitió mediciones precisas del tiempo que condujeron directamente a aplicaciones de metrología, simulaciones cuánticas y el desarrollo del reloj atómico más preciso del mundo. Los relojes atómicos usados todos los días, en un momento en el que todo el mundo necesita estar en completa armonía, son esenciales para la vida cotidiana. Determinan el tiempo universal a través de Internet para mantener sincronizados los computadores de todo el mundo y son de vital importancia para calcular las posiciones GPS. El objetivo de Rey era hacerlos aún más precisos. "El equipo de JILA (un instituto conjunto entre la Universidad de Colorado Boulder y NIST) trabaja en relojes atómicos y desea tener muchos átomos para mejorar la señal obtenida. La introducción de muchos átomos causa que los átomos colisionen entre sí con mayor frecuencia, lo que provoca errores. Yo desarrollé un modelo para comprender las colisiones y entender cómo suprimirlas y finalmente controlarlas. Este control nos permitió medir el tiempo con mayor precisión. Es útil en relojes atómicos y a su vez nos ha dado una mejor comprensión de la mecánica cuántica".

En la actualidad, Ana María es uno de los físicos teóricos más reconocidos del mundo. Su arduo trabajo, determinación y abrumador amor por la física la han hecho merecedora de numerosos premios y galardones. En 2013, su investigación sobre el comportamiento atómico le otorgó uno de los honores más prestigiosos de los Estados Unidos por sus logros intelectuales y artísticos, la beca de $625,000 entregada por la Fundación MacArthur. Ese mismo año, ganó el premio Presidential Early Career Award para Científicos e Ingenieros, el mayor honor otorgado por el gobierno de los Estados Unidos a científicos e ingenieros destacados en las primeras etapas de sus carreras. Un año más tarde, recibió dos premios más: Científico Hispano Nacional de Carrera Temprana del Año y el Premio Maria Goeppert-Mayer entregado por la Sociedad Física Estadounidense, un reconocimiento por las contribuciones destacadas a la investigación física por parte de una mujer. También se convirtió en la primera mujer hispana en ganar los Premios Blavatnik para Jóvenes Científicos en 2019.

De cara al futuro, Ana María sigue enfocada en el mundo cuántico. En su trabajo más reciente, realizado en estrecha colaboración con el grupo que interroga el reloj atómico del JILA, han observado el corrimiento al rojo gravitacional previsto por la teoría general de la relatividad de Einstein en una muestra atómica a escala milimétrica. Junto con el grupo de iones atrapados de NIST, el equipo creó un cristal cuántico diez veces más sensible que cualquier sensor atómico a campos eléctricos. Este experimento se encuentra actualmente al borde de un gran avance en la búsqueda de una de las sustancias más esquivas del universo: la materia oscura. "Mi objetivo es sobrepasar los límites de las fronteras de la ciencia de los materiales y aprender a controlar las propiedades cuánticas de los sistemas atómicos. Mi objetivo es guiar a los experimentos en la construcción de materia cuántica sintética, capaz de producir sensores atómicos sin precedentes que pueden llegar a descifrar los secretos más profundos de nuestro universo".

La comunidad óptica agrupa a una población diversa y global de estudiantes, científicos, ingenieros y profesionales. Invitamos a todos los miembros de nuestra comunidad a forjar conexiones fundamentales para resolver los desafíos sociales a través de la ciencia de la luz y la tecnología.

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