En 1925, un joven físico alemán de 23 años, Werner Karl Heisenberg, vivió una temporada en la isla de Heligoland, archipiélago en el mar del Norte, en donde escribió lo que se convirtió en el primer artículo fundacional de la mecánica cuántica. El texto científico se publicó el 29 de julio de ese año y abrió el camino a una nueva forma de entender la naturaleza. Detrás de sus páginas se escondía una idea que cambiaría para siempre la manera en que vemos el universo: el comportamiento del mundo microscópico no obedece a las reglas de la física clásica, sino a leyes nuevas, extrañas y contraintuitivas.

Cien años después, la mecánica cuántica no solo está vigente, sino que es la base de gran parte de nuestra vida moderna y, al mismo tiempo, la promesa de un futuro tecnológico todavía más radical. Para el físico de partículas del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), Gerardo Herrera Corral, “la mecánica cuántica es uno de los dos pilares de la física moderna, la otra es la teoría de la relatividad”.

Mientras la relatividad se ocupa de las grandes velocidades y de la gravedad —esa fuerza que estructura el cosmos a gran escala—, la cuántica se adentra en lo diminuto, en átomos, electrones, materiales, radiación y fenómenos tan extraordinarios como la superconductividad o la superfluidez.

ORIGEN MODESTO DE CUERPOS CALIENTES Y RADIACIÓN

El centenario conmemora los fundamentos teóricos de 1925, pero el germen de la cuántica se remonta a 1900. Ese año, el físico alemán Max Planck buscaba una respuesta a un enigma que parecía trivial, ¿por qué los cuerpos calientes emiten luz en ciertos colores y no en otros? El problema era tan serio que se lo conocía como la “catástrofe ultravioleta”: las ecuaciones de la física clásica predecían una radiación infinita en longitudes de onda cortas, algo imposible. La solución de Planck fue revolucionaria, propuso que la energía no se libera de forma continua, como se creía, sino en paquetes discretos a los que llamó cuantos. Con esa idea nació una nueva física. Herrera recuerda que el mismo fenómeno estudiado por Planck, la radiación de cuerpo negro es el que permite a los termómetros infrarrojos medir la temperatura de una persona. Los aparatos utilizados durante la pandemia de COVID-19, funcionan gracias a la cuántica. “Un objeto caliente emite radiación que depende de su temperatura; al analizar sus colores, deducimos qué tan caliente está. Exactamente lo mismo que estudió Planck hace 125 años”, explicó Herrera Corral en entrevista para la Agencia Informativa Conversus (AIC)

TEORÍA EN EXPANSIÓN

Lejos de agotarse, la mecánica cuántica se convirtió en la espina dorsal de la ciencia del siglo XX. Sin ella, no existirían los transistores, los microchips, la energía nuclear ni la electrónica moderna.

En 1925, Heisenberg condensó las ideas dispersas de Planck, Einstein, Bohr y otros en un marco matemático coherente. A lo largo de aquel año y el siguiente, junto con Pascual Jordan y Max Born, publicaría los tres artículos que cimentaron la teoría. Ese fue el inicio de la cuántica como disciplina formal.

Hoy, un siglo después, la teoría sigue expandiéndose. “Las tecnologías cuánticas lejos de haber sido agotadas, están en su mejor momento”, afirma el científico. La promesa es tener enormes computadoras cuánticas capaces de resolver problemas imposibles, sistemas de comunicación imposibles de hackear, sensores médicos ultrafinos y experimentos de teletransportación cuántica de información.

DE LOS LABORATORIOS AL CERN

Herrera Corral dedica su vida a explorar este terreno en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), el acelerador de partículas más grande y potente del mundo, ubicado en el CERN entre Suiza y Francia. El físico participa en el experimento A Large Ion Collider Experiment (ALICE, por sus siglas en inglés), diseñado para recrear condiciones semejantes a las del universo primitivo.

El procedimiento parece simple, hacer chocar protones contra protones o núcleos de plomo entre sí, pero los resultados son deslumbrantes. En esos choques surgen estados exóticos de la materia que únicamente pueden explicarse con la mecánica cuántica.

En fechas recientes, esos experimentos llevaron a la detección de nuevas partículas. Una de ellas es el toponio o toponium, un agregado de quarks top y anti-top (partículas) que durante años se consideró imposible. Su existencia fue confirmada en 2024 por dos equipos distintos del LHC. Se trata, detalla el investigador, de la partícula más pesada compuesta por quarks jamás detectada, es decir, 345 veces la masa de un protón.

MISTERIOS CONVERTIDOS EN TECNOLOGÍA

La cuántica se ha caracterizado por desafiar la intuición, Albert Einstein desconfiaba de ella. Durante décadas intentó mostrar que sus fundamentos eran erróneos y propuso experimentos mentales para demostrarlo. Paradójicamente, esas ideas reforzaron la teoría.

Uno de esos experimentos dio origen al concepto de entrelazamiento cuántico: la conexión misteriosa entre partículas que, una vez correlacionadas, comparten su estado sin importar la distancia que las separe. Lo que sonaba como ciencia ficción, hoy es una realidad medida en laboratorio y aplicada en computadoras cuánticas y en sistemas de criptografía.

“El entrelazamiento es un fenómeno extraordinario que todavía no logramos entender del todo, pero que ya se utiliza para generar tecnología”, explica el científico del Cinvestav.

CELEBRACIÓN GLOBAL

La importancia de la teoría cuántica es tal que la Organización de las Naciones Unidas (ONU), a propuesta de la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (Unesco), declaró este 2025 como el Año Internacional de la Ciencia y las Tecnologías Cuánticas. El objetivo es visibilizar una disciplina que ha marcado la vida moderna y que seguirá haciéndolo en el futuro.

El 29 de julio es una fecha central porque se cumplen exactamente cien años de la publicación del primer artículo de Heisenberg. Para Herrera “celebrar no solo es un acto académico, sino una oportunidad para mostrar a la sociedad que gran parte de lo que usamos día a día, desde la electrónica hasta los sistemas de diagnóstico médico, proviene de ideas nacidas en los laboratorios de principios del siglo XX”.

CIENCIA PARA EL SIGLO XXI

Cuando se le pregunta qué viene para la cuántica, Herrera responde con cautela. “El campo está lleno de promesas, pero también de incertidumbre. Computadoras cuánticas estables, teletransportación de información, sensores médicos revolucionarios, diagnósticos tempranos de enfermedades… todo ello parece al alcance, aunque no sepamos con precisión cuándo se consolidará”.

La mecánica cuántica marcará el rumbo del conocimiento y de la tecnología. “La vida moderna no se podría entender sin la mecánica cuántica”, señala el investigador. Nació para explicar un problema aparentemente simple: cómo emite radiación un cuerpo caliente. En el camino, transformó la ciencia, la tecnología y nuestra comprensión del universo.

Hoy, un siglo después de sus fundamentos teóricos, la cuántica no es un capítulo cerrado, sino un libro que se sigue escribiendo, porque sus páginas están desde los secretos del cosmos en el LHC hasta los chips en nuestros bolsillos. Y en sus próximos capítulos se hablará de computadoras cuánticas o nuevas partículas que prometen redefinir el futuro.