David Edward Pritchard (nacido el 15 de octubre de 1941) [2] es un profesor del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) que se especializa en física atómica e investigación educativa .
Pritchard completó su doctorado en 1968 en la Universidad de Harvard bajo la supervisión de Daniel Kleppner . Su tesis consistió en construir la primera máquina de dispersión atómica con átomos polarizados para estudiar la dispersión por intercambio de espín diferencial , un proceso por el cual se manifiesta la línea de hidrógeno de 21 cm . [1]
Pritchard fue uno de los primeros en adoptar los láseres sintonizables en física y química, y demostró la espectroscopia de alta resolución mediante la absorción simultánea de dos fotones láser. Empleó tanto la espectroscopia láser como la espectroscopia de radiofrecuencia para estudiar moléculas de van der Waals débilmente unidas , como NaNe [3] y KAr, [4] en haces moleculares supersónicos fríos .
Pritchard hizo uso de la capacidad de los láseres sintonizables para transferir momento a los átomos, lo que llevó a demostraciones de la difracción de átomos de una onda estacionaria de luz (denominada regímenes Kapitza-Dirac o Raman-Nath) y la dispersión de Bragg [5] de átomos de rejillas de luz , fundando el campo de la óptica atómica coherente . [6] Esto condujo a la creación del primer interferómetro atómico , [7] donde las ondas de materia se propagarían en ambos lados de una lámina de metal antes de recombinarse, de modo que diferentes interacciones en los dos lados darían como resultado un cambio de franja del patrón de interferencia atómica. [8] Esto permitió mediciones precisas de la polarizabilidad atómica , el índice de refracción de las ondas de materia gaseosa y pruebas fundamentales de la decoherencia cuántica , así como la primera demostración de la capacidad de los interferómetros atómicos para medir la velocidad angular como un giroscopio y para trabajar para partículas complejas como las moléculas de Na 2 en la fase gaseosa. [9]
Un desarrollo singularmente importante de la óptica atómica es la invención de Pritchard de la trampa magneto-óptica [10] que captura y enfría átomos a temperaturas submilikelvin y del Dark SPOT MOT, en el que los átomos están confinados de tal manera que no interactúan con la luz atrapada. [11] Junto con una trampa atómica magnética , puede comprimir ~ 10 10 átomos fríos en el mismo volumen pequeño (Esto a veces se llama la trampa de Ioffe-Pritchard para honrar su origen en la física del plasma). Estas trampas se utilizan comúnmente en el campo de la investigación de átomos fríos y son las herramientas fundamentales para el Centro de Átomos Ultrafríos del MIT-Harvard .
En 1990, Pritchard llevó a Wolfgang Ketterle al MIT como investigador postdoctoral para trabajar en el enfriamiento de átomos . Para alentar a Ketterle a permanecer en el MIT, en 1993 Ketterle recibió su propio programa experimental de átomos fríos (con dos estudiantes y dos becas) mientras que el propio Pritchard se hizo a un lado del campo para permitir que Ketterle fuera nombrado miembro de la facultad. Ketterle persiguió el enfriamiento de átomos para lograr la condensación de Bose-Einstein en 1995, un descubrimiento por el cual Ketterle recibió el Premio Nobel de Física en 2001, junto con el ex estudiante de posgrado de Pritchard, Eric Allin Cornell , y Carl Wieman , quien fue un aprendiz informal de Pritchard mientras era estudiante de pregrado en el MIT. [12]
Ketterle y Pritchard se asociaron para estudiar la óptica atómica y la interferometría con condensados de Bose, demostrando la amplificación coherente de las ondas de materia , la dispersión superradiante de Rayleigh y el poder de la espectroscopia de Bragg para sondear el condensado y utilizaron la luz láser para establecer la coherencia entre dos condensados que nunca se tocan. Pritchard recibió el premio Max Born 2004 , "por la aplicación creativa de la luz a nuevas formas de espectroscopia, a la manipulación y captura de átomos, y por ser pionero en los nuevos campos de la óptica atómica y la interferometría atómica". [13]
Pritchard es un pionero en la medición precisa de masas atómicas y moleculares utilizando trampas de iones , un avance posible gracias al desarrollo por parte de su grupo de detectores de radiofrecuencia de alta sensibilidad basados en SQUID (dispositivos superconductores de interferencia cuántica) y técnicas para acoplar de forma coherente el movimiento de diferentes modos de oscilación de un ion en la trampa. Estos avances culminaron en un equilibrio iónico en el que uno de cada dos iones diferentes se confinaron simultáneamente mientras sus frecuencias de ciclotrón se comparaban entre sí con una precisión mejor que una parte en 10 11 . [14] Esto condujo al descubrimiento de un nuevo tipo de cambio sistemático de la frecuencia del ciclotrón debido a la polarizabilidad del ion, proporcionando la medición más precisa de la polarizabilidad de la molécula iónica. También resultó en una mejora de cincuenta veces de las pruebas experimentales de la equivalencia masa-energía de Albert Einstein que (donde E es la energía, m es la masa y c la velocidad de la luz ) - ahora en ½ parte por millón. [15]
Las mediciones precisas de las masas de los átomos de rubidio y cesio (Cesio) realizadas con el aparato del MIT se han combinado con mediciones interferométricas atómicas de alta precisión de otros de h / m (la constante de Planck dividida por la masa del átomo) para dar el valor más preciso de la constante de estructura fina a 0,2 ppb (partes por mil millones), que difiere en ~ 2,5 errores combinados de la medición basada en la electrodinámica cuántica . Esta es la comparación más precisa de mediciones realizadas utilizando bases teóricas completamente diferentes.
En 1998, David Pritchard y su hijo Alex desarrollaron un tutor socrático en línea, mycybertutor.com, que proporciona críticas específicas de respuestas simbólicas incorrectas, sugerencias a pedido y comentarios y preguntas de seguimiento. Se ha demostrado que esta herramienta mejora significativamente la capacidad de los estudiantes para responder problemas de exámenes tradicionales del MIT, aumentando su desempeño en aproximadamente 2 desviaciones estándar. [16] El software ahora se comercializa como Mastering Physics, Mastering Chemistry y Mastering Astronomy por Pearson Education . Se ha convertido en un tutor de tareas ampliamente utilizado en Ciencias e Ingeniería, con aproximadamente 2,5 millones de usuarios.
El grupo de investigación educativa de Pritchard, RELATE [17], se inició en 2000 con el objetivo de "Aplicar los principios y técnicas de la ciencia y la ingeniería para estudiar y mejorar el aprendizaje, especialmente el de la experiencia " . Realizan investigaciones utilizando todos los componentes del acrónimo RELATE: investigación en aprendizaje, evaluación y tutoría efectiva. Demostraron que copiar tareas en línea es, con mucho, el mejor predictor de una mala calificación en el examen final de física residencial del MIT [16], y es el contribuyente dominante a ~ 5% de los certificados otorgados por edX . Exploraron nuevos tipos de instrucción (por ejemplo, práctica deliberada de habilidades críticas de resolución de problemas) o variaciones en la instrucción (agregar un diagrama, reemplazar preguntas de opción múltiple con preguntas de arrastrar y soltar más interactivas, etc.) en comparación con la instrucción tradicional (el control). [18] [19]
Estos experimentos, junto con otras investigaciones relevantes, indicaron un principio importante con el que los estudiantes tenían dificultades: el pensamiento estratégico, la capacidad de determinar qué conceptos y procedimientos son útiles para resolver un problema desconocido. Para este propósito, RELATE desarrolló un Inventario de Razonamiento Mecánico [20] que mide la capacidad estratégica; sirvió como punto de referencia del progreso de su nueva pedagogía: Enfoque de Modelado para la Resolución de Problemas. Se demostró que esta pedagogía mejoraba en gran medida las actitudes de los estudiantes hacia el aprendizaje de las ciencias, aumentaba sus puntuaciones en la repetición del examen final de Física 1 [21] y, posteriormente, los ayudaba a mejorar su calificación de Física 2 en ~ 1/2desviación estándar relativa a los estudiantes que no se beneficiaron de esta intervención. [22 ]
