martes, 20 de enero de 2015

En dos lugares el mismo tiempo

¿Está regido el mundo subatómico por leyes distintas a las del mundo macro o las mismas leyes son percibidas distintas en ambos mundos? Un nuevo experimento con átomos de cesio sugiere que la observación elimina la superposición en el mundo macro




Por Glenys Álvarez

Imagina que lances una bola de papel a la papelera y que obtengas dos resultados distintos: una bola de papel está ahora dentro de la papelera, pero la misma bola también se encuentra fuera de ella. No estamos acostumbrados a este tipo de resultados en nuestro mundo de física clásica, pero es lo que ocurre en la cuántica todo el tiempo. La física aún no sabe con precisión si en el mundo real eliminamos de nuestra percepción los demás resultados cuánticos o si ambos mundos reaccionan a reglas distintas. Precisamente, en esta ocasión un equipo de investigadores de las universidades de Bonn en Alemania y Hull en el Reino Unido, ha hecho un experimento observando esta rareza conocida como superposición. El grupo usó átomos de cesio y observaron de forma indirecta que uno toma dos trayectorias simultáneamente.

La cuántica nos habla de una perspectiva distinta que no somos capaces de percibir con los sentidos que poseemos. Científicos como Heisenberg y Schrödinger, para nombrar sólo un par, vienen relatando esta interesante y cuántica historia desde hace décadas (creo que con el segundo comenzó el gusto por los gatos para estos experimentos) una historia que Einstein tampoco supo interpretar correctamente ya que es distinto del mundo de la también extraña física 'clásica'.

Por lo tanto en nuestra realidad, la bola de papel que lanzamos a la papelera cae dentro de ella o no, las dos cosas no ocurren al mismo tiempo como en la superposición cuántica. Como lo expuso el doctor Andrea Alberti del Instituto de Física Aplicada en Bonn, existen dos diferentes interpretaciones para este gran tema, o somos distintos de la cuántica o simplemente producimos un mundo macro con las mismas reglas subatómicas.

“La mecánica cuántica permite estados de superposición de objetos grandes y macroscópicos. Pero estos estados son muy frágiles, incluso seguir la pelota con los ojos es suficiente para destruir la superposición y hacer que siga una trayectoria definida”.

Eso es algo realmente extraño, que la simple observación de un proceso lo selle en una trayectoria específica y no en otra; nos hace pensar sobre multiversos y mundos paralelos. No obstante, es una de las claves en los experimentos teóricos de Schrödinger con su gato en una caja, una vez observamos lo que ocurre, sellamos un resultado y erradicamos el otro. Como dijimos anteriormente, no todos piensan igual, algunos aseguran dentro de una teoría macrorrealista, que los elementos en el mundo macro obedecen leyes físicas distintas a las del mundo subatómico.

"El reto era desarrollar un esquema de medición de las posiciones de los átomos que nos permitiera falsificar teorías macrorrealistas", añadió Alberti.

Los resultados del experimento concluyen que durante la superposición, la observación del resultado erradica uno de los caminos, es decir, la observación sella uno de los resultados eliminando el otro. Para elaborar el experimento, los investigadores agarraron un átomo de cesio con una pinzas ópticas y lo arrojaron en dos direcciones distintas y opuestas, tirando del átomo en el proceso. En el mundo macro, el objeto llegaría a sólo una posición final, en el cuántico, sin embargo, los átomos tomaron dos distintas y de forma simultánea. El experimento mostró precisamente eso, el átomo se superpuso en dos lugares al mismo tiempo.

“Lo que hemos hecho es determinar de la forma más sutil posible la posición final del átomo a través de medidas indirectas", explica Carsten Robens, uno de los miembros del equipo.

De hecho, la imagen indica que hasta tales mediciones indirectas pueden modificar significativamente el resultado de los experimentos. Supongamos que tenemos dos contenedores y un gato (otra vez) "está escondido debajo de uno (a) pero no sabemos cuál, ahora bien, si levantamos tímidamente el que está a la derecha (b) y lo encontramos vacío, llegaremos a la conclusión de que el gato está en el otro que no hemos tocado. Ahora bien, si en vez del derecho levantamos el izquierdo, habríamos molestado al gato (c) y tendríamos que desechar la medida. En el mundo macrorrealista, este esquema de medición no tendría influencia alguna sobre el estado del gato, pero en el mundo cuántico hasta una medida negativa que revele la posición del gato, como en (b), ya sería suficiente para destruir la superposición cuántica e influir en el resultado del experimento. Los físicos de Bonn han observado exactamente este efecto", escribieron los investigadores.

“Esta observación excluye o falsifica, como lo expondría Karl Popper, la posibilidad de que los átomos de cesio sigan una teoría macrorrealista. En su lugar, los resultados experimentales se adaptan bien a una interpretación basada en estados de superposición que se destruyen cuando se produce la medición indirecta. Todo lo que podemos hacer es aceptar que el átomo ha tomado diferentes caminos de forma simultánea”.

Los científicos son cautos en hacer afirmaciones hasta elaborar más confirmaciones del evento.

"El siguiente paso es separar las dos posiciones del átomo de cesio varios milímetros. Si nuevamente encontramos la superposición, la teoría macrorrealista sufriría un nuevo revés”, explica Alberti.


Crédito de imagen: Andrea Alberti / www.warrenphotographic.co.uk
Puedes leer el artículo en inglés aquí: https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.5.011003

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