Cuidado, no mires dentro del horno microondas mientras funciona

dibujo20081119ballonmicrowaveowenAdvertencia actual en los manuales de hornos de microondas: “no lo utilice para secar animales o como almacén de libros.” Advertencia futura: “no mirar dentro, o de lo contrario no funcionará.” Las instrucciones de uso son sencillas: cerrar la puerta, seleccionar el tiempo en el cronómetro, pulsar el botón de encendido y “no mirar en su interior,” como nos recomiendan Bērnu y coautores en un artículo publicado en Physical Review Letters. La observación del campo estacionario de microondas puede provocar el colapso de su función de onda con lo que se puede alterar dicho campo e incluso destruirlo. Este fenómeno cuántico se puede observar a escala macroscópica. Una curiosa aplicación de la mecánica cuántica en nuestra cocina.

Bueno, no nos alarmemos, “normalmente” no pasa nada. Todos lo sabemos. El fenómeno de la atenuación del campo por ser observado es muy débil para ser relevante sin la instrumentación adecuada. En un horno de cocina que tiene una potencia típica de un kilovatio, sale del horno para que podamos observarlo por la ventana transparente un fotón cada milibillonésima de billónesima de segundo (10^-27), demasiado rápido para que podamos contar dichos fotones con nuestros ojos. Por ello, si observamos la comida mientras se calienta no observarmos que la intensidad decaiga apreciablemente. Afortunadamente, no es necesario reescribir los manuales de usuario. Aún así, el artículo técnico de los franceses J. Bernu et al., “Freezing Coherent Field Growth in a Cavity by the Quantum Zeno Effect,” Physical Review Letters 101: 180402, 2008 (versión gratuita en ArXiv), que se comenta en detalle en Alexei Ourjoumtsev, “Don’t look now,” Nature 456: 880-881, 18 December 2008 , merece que le dediquemos esta entrada.

¿Cómo funciona un microondas? Una antena genera a partir de una corriente eléctrica alterna un campo electromagnético que es inyectado en una cavidad resonante generando una onda estacionaria en su interior (como el aire en el interior de una flauta o la luz entre dos espejos paralelos). Esta onda tiene un número entero de nodos en la cavidad. La antena genera nuevas ondas que se superponen sucesivamente de tal forma que las que se encuentran en fase se suman (fenómeno de resonancia). Esta suma resonante amplifica la potencia en la onda lo que permite utilizar el horno para calentar alimentos. En un horno de microondas la temperatura de caliente es aproximadamente lineal con el tiempo (a más tiempo más calor).

En la suma de las ondas dentro del microondas la fase, que se encuentren en fase, es clave. Si observamos el número de fotones en la onda, de forma perfecta o ideal, sin robarle energía, la mecánica cuántica nos dice que el estado cuántico de los fotones observados colapsará, resultando en una fase aleatoria, que dejará de estar en resonancia con los demás fotones. El efecto conduce a una pequeña atenuación del campo. Cuando el número de fotones observados (N) es grande, el efecto se acumula y el campo reduce su intensidad en un factor 1/N, prácticamente hasta desaparecer. Técnicamente es una aplicación del efecto Zeno cuántico que conduce a una atenuación irreversible de la intensidad del campo en la cavidad resonante. Contar los fotones del campo es suficiente para destruir su estado resonante.

Por cierto, un globo relleno con un poco de agua en un microondas encendido se infla a los pocos segundos. ¿Por qué se hincha el globo? Porque se evapora agua formando vapor. Por supuesto, hay que tener cuidado y apagar el microondas antes de que se hinche demasiado y toque las paredes. Una vez apagado, el globo se desinfla. Este sencillo experimento explica muy bien cómo funciona un microndas que está preparado para hacer oscilar las moléculas de agua y este movimiento es el que logra que los alimentos se calienten. “Balloon in a microwave oven.”

3 Comentarios

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Dubai

Ahora mismo voy a meter un globo en el microondas,espero que me de tiempo a limpiarlo antes que mi mujer vuelva a casa. Ya es el 2º microondas que me cargo con experimentos.

IsodIsod

Caray… a este paso los profesores de física van a tener que pedir un microondas para las aulas. Y no para calentarse el café.

Primero, medir la velocidad de la luz con un regaliz y un microondas. Ahora, lo del globo…

Y MECÁNICA CUÁNTICA ;-)
Ya tengo respuesta friki cuando alguno de mis amigos me asalte con preguntas de cuántica, principio de incertidumbre y demás… GRACIAS.

kondorkondor

efecto Zeno, mmm buscaré x la red a ver q encuentro, parece interesante y no lo conocia.
Como siempre agradezco que exista este blog

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