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Otra prueba a favor de la Mecánica Cuántica

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Otra prueba a favor de la Mecánica Cuántica

Área: Física — Lunes, 18 de Agosto de 2008
Un experimento realizado en Suiza muestra, de nuevo, que la “acción a distancia” de la Mecánica cuántica existe y que además se puede dar a distancias considerablemente grandes.
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En Mecánica Cuántica no existen partículas, sino las funciones de onda de las mismas, que además pueden estar en varios estados posibles. La función de ondas puede incluso contener varios estado a la vez, formando lo que se llama una superposición de estados. En ese caso cuando se realiza la medición la función de ondas colapsa hacia uno de los estados posibles.
Si una partícula está en una superposición de dos estados AB, una vez que “medimos la partícula” la función de ondas puede colapsar en el estado A o en el estado B con una probabilidad que supondremos igual. El estado deja de ser indeterminado para pasar a ser determinado.
Según la Mecánica Cuántica se puede tener un estado entrelazo de estados cuánticos correspondientes a diferentes partículas, y se puede además conseguir que una partícula en superposición de estados viaje en una dirección mientras que la otra lo haga en otra y que aun así sigan entrelazados. Como ambos estados están entrelazados, lo que le pase a uno le afectará al otro. De este modo si colapsamos uno de ellos colapsamos el otro al instante por ser en realidad el mismo sistema, colapsando todo el conjunto a la vez.
Pongamos por caso que tenemos dos partículas entrelazadas, cada una en una superposición de estados AB. Entonces, después de un tiempo de vuelo, las dos partículas se pueden haber separado una distancia enorme (sobre todo si son fotones viajando a la velocidad de la luz). Si Alice, pongamos por caso, recibe uno de estos estados y al medirlo lo colapsa a B (no puede elegir cuál colapsará), sabrá que Bob (a incluso años luz de distancia) recibe el mismo estado. Todo esto, claro está, en teoría.
Este resultado no gustaba a Albert Einstein porque aparentaba violar la causalidad relativista, ya que parece que una señal viaja de Alice a Bob a mayor velocidad que la de la luz. Esto se conoce como paradoja Einstein-Podolsky-Rosen. En realidad, esta capacidad de las partículas cuánticas de organizarse aparentemente a mayor velocidad de la luz no viola causalidad relativista porque este proceso no transmite información de Alice a Bob, de la misma manera que si Alice recibe una carta con el contenido “otra carta como esta ha sido mandada a Bob” no transmite información de Alice a Bob o viceversa. Sin embargo el efecto es, cuanto menos, intrigante y misterioso, más si cabe cuando consideramos que ver quién mide primero (y por tanto quién colapsa la función de ondas) depende del sistema de referencia del observador.
Hace ya tiempo que se demostró que este resultado es real, manifestándose en electrones y fotones volando en el espacio vacío del laboratorio. Durante décadas los físicos han tratado de saber qué es lo causa esta “acción a distancia”. Se ha demostrado su existencia, pero no se sabe mucho de sus propiedades o por qué sucede, simplemente se asume como un hecho medible.
No obstante, esta “acción a distancia” sólo se había medido en las cortas dimensiones de los laboratorios.
Ahora unos científicos suizos han demostrado, realizando este experimento con un tamaño kilométrico, que si existiera esa señal que viajase de Alice a Bob debería de ser como mínimo varios miles de veces más rápida que la luz.
El experimento fue realizado por Nicolas Gisin y sus colaboradores de la Universidad de Ginebra. Desde Ginebra se lanzaron fotones entrelazados en sentidos opuestos por dos fibras ópticas hacia dos detectores separados por 18 Km, uno situado al este y otro al oeste. Los detectores consistían en sendos interferómetros. Comprobando si se cumplían las desigualdades de Bell, los investigadores podían saber si el colapso en un lado afectaba instantáneamente al otro.
En principio podría suceder que hubiese algún tipo de señal entre un fotón y otro, porque no está garantizado que las medidas sean sincrónicas desde el punto de vista de un sistema de referencia en movimiento. Es decir, podría haber un intervalo temporal para poder lanzar la señal debido a la Relatividad Especial.
El experimento fue realizado a los largo de un periodo de 12 horas. Durante este tiempo la Tierra rotó lo suficiente como para calcular el límite inferior a la duración del intervalo temporal para cualquier sistema de referencia.
Los investigadores demostraron que esa comunicación no puede existir. La señal, de existir, tendría que viajar 10 de veces más rápido que la luz. Para otros sistemas de referencia más realistas la señal tendría que viajar incluso 10.000 veces más rápido que la luz como mínimo. La cuestión básica es que no hay tiempo para que estos fotones se comuniquen entre sí.
La explicación más aceptada a este fenómeno es que no hay señal que se transmita de un punto a otro. Pero, aunque podemos describir este efecto instantáneo del colapso de la función de ondas, el propio colapso no se entiende bien.
Con este resultado se confirman una vez más las predicciones de la Mecánica Cuántica y proporciona pistas sobre la naturaleza de la “acción a distancia” que permitiría facilitar el desarrollo de nuevos modelos teóricos que lo expliquen. El experimento ha permitido, además, descartar varias explicaciones clásicas (no cuánticas) al fenómeno.
Algunos físicos creen que en Mecánica Cuántica algunas cosas trascienden el espacio-tiempo, concepto este último al que los humanos nos aferramos aunque la Naturaleza sea más extraña de lo que en principio creemos.
Fuentes y referencias:
Salart, D., Baas, A., Branciard, C., Gisin, N. & Zbinden, H. Nature, 454, 861-864 (2008).
Artículo original.
Ilustración: fibras ópticas, foto de origen desconocido.

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Thalia