¿Cómo se realiza la investigación en mecánica cuántica?

Depende de lo que estés investigando realmente … Eso es como decir cómo se realiza la investigación en ingeniería. La ingeniería es bastante amplia. Pero básicamente hay dos ramas principales de investigación (en toda la investigación de física, no solo cuántica).

1. Teoría pura Esto es realmente lo que piensas cuando escuchas al físico teórico. Muchas matemáticas, todo lo que trabajas es básicamente cálculos con lápiz y papel. Sigues a dónde te llevan las matemáticas e intentas encontrar nuevas físicas o nuevas teorías relacionadas con un problema específico. Se sabe que los físicos teóricos se centran solo en las cosas importantes, y no se preocupan realmente por los factores previos y las constantes en sus cálculos, por lo que les gusta hacer todo en “unidades donde c = h_bar = k_b = 1” (llamadas unidades naturales )
2. Experimental. Esta investigación está más cerca de la ingeniería porque implica la construcción y las pruebas. Sin embargo, los objetivos son diferentes de la ingeniería. Lo que construyes y lo que pruebas están relacionados con preguntas fundamentales de física. Los experimentos pueden estar buscando nuevos fenómenos que no estén explicados por la teoría actual, o probando predicciones de una teoría existente para ver si es válida. Es necesario un buen conocimiento teórico para impulsar sus experimentos e interpretar sus resultados. Los experimentadores también se preocupan mucho por los prefactores porque tienen que comparar con datos reales. El trabajo generalmente es: construir un artilugio, recopilar datos, usar computadoras para organizar los datos y calcular cantidades relevantes, usar su resultado para sacar conclusiones sobre la teoría subyacente.

Ahora también hay física computacional, que es lo que hago. Esto se encuentra en medio del experimento y la teoría y puede inclinarse más hacia uno u otro. Por ejemplo, el procesamiento de datos está más relacionado con el experimento. Hago cálculos más teóricos, donde comienzo con ecuaciones de teoría pura y las aplico a un sistema donde es demasiado difícil o imposible resolver las ecuaciones usando matemáticas conocidas, y uso computadoras para aproximar soluciones. Luego podemos tomar la solución como si se tratara de datos “experimentales” y sacar conclusiones sobre la teoría subyacente (por ejemplo, encontrar cosas que están mal o que faltan o que necesitan modificación).

Por lo general, el trabajo es como usar primero las matemáticas con lápiz y papel para manipular las ecuaciones de la teoría en algo que sea susceptible de usar para resolver las computadoras, luego trabajar en algoritmos de programación que realmente hagan el cálculo.

Creo que la física computacional teórica es bastante buena, porque podemos hacer cálculos “ab initio” de cosas reales. Esto significa comenzar desde la teoría pura (las ecuaciones que gobiernan la mecánica cuántica / el modelo estándar) y llevar a cabo un cálculo para obtener una solución, a partir de la cual podemos ver qué propiedades, por ejemplo, tiene un átomo: ¡no se necesita ningún experimento! (¡concedido que los experimentadores argumentarían que probablemente debería hacer uno de todos modos para verificar que su resultado sea correcto!)