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Investigadores demuestran el 'surrealismo cuántico'

Una nueva investigación demuestra que las partículas en el nivel cuántico pueden verse comportándose de una manera similar a bolas de billar rodando a lo largo de una mesa, y no meramente como el modelo probabilístico que sugiere la interpretación estándar de la mecánica cuántica. Pero hay una trampa: las vías que siguen las partículas no se comportan siempre como cabría esperar de trayectorias "realistas", sino, a menudo, de una manera que se ha denominado "surrealista".
En una nueva versión de un viejo experimento, el investigador Aephraim Steinberg, de la Universidad de Toronto, en Canadá, y sus colegas rastrearon las trayectorias de los fotones a medida que las partículas trazaron un camino a través de una de dos rendijas y en una pantalla. Sin embargo, los investigadores fueron más allá y observaron la influencia "no local" de otro fotón con el que el primer fotón se había enredado.
Los resultados contraargumentan un criterio de hace muchos años de una interpretación de la mecánica cuántica llamada Interpretación de Bohm. Los detractores de esta interpretación la habían criticado por no explicar el comportamiento de los fotones entrelazados de manera realista. Para Steinberg, los resultados son importantes porque ofrecen una manera de visualizar la mecánica cuántica que es tan válida como la interpretación estándar, y quizás más intuitiva.
"Estoy menos interesado en centrarme en la cuestión filosófica de lo que hay realmente ahí fuera. Creo que la pregunta fructífera está más en la tierra. En lugar de pensar acerca de las diferentes interpretaciones metafísicas, yo lo expresaría en términos de tener imágenes diferentes. Diferentes imágenes pueden ser útiles. Nos pueden ayudar a formar mejores intuiciones", señala.
Está en juego lo que "realmente" sucede a nivel cuántico. El principio de incertidumbre nos dice que nunca se puede conocer la posición de una partícula y el momento con toda seguridad. "Cuando nos relacionamos con un sistema cuántico, por ejemplo mediante su medición, perturbamos el sistema. Así que si disparamos un fotón a la pantalla y queremos saber dónde va a golpear, nunca sabremos a ciencia cierta exactamente dónde lo hará o cuál es el camino que tomará para llegar allí", añade.
La interpretación estándar de la mecánica cuántica sostiene que esta incertidumbre significa que no hay una trayectoria "real" entre la fuente de luz y la pantalla. Lo mejor que se puede hacer es calcular una "función de onda" que muestra las probabilidades de que el fotón esté en cualquier lugar, en cualquier momento, pero no dirá donde está hasta que se haga una medición.
Sin embargo, otra interpretación, llamada la Interpretación de Bohm, plantea que los fotones tienen trayectorias reales que son guiadas por una "onda piloto" que acompaña a la partícula. La onda es todavía probabilística, pero la partícula lleva una trayectoria real desde el origen hasta el destino. No se limita "colapsarse" en un lugar determinado una vez que se mide.
En 2011, Steinberg y sus colegas demostraron que podían seguir trayectorias de fotones sometiendo muchas partículas idénticas a mediciones tan débiles que las partículas apenas resultaban perturbadas y luego calculando un promedio de la información. Este método mostró trayectorias que parecían similares a las clásicas, por ejemplo, las de bolas volando por el aire.
Pero los críticos han indicado un problema con este punto de vista: la mecánica cuántica dice también que dos partículas pueden entrelazarse, por lo que la medición de una partícula afecta a la otra, por lo que en algunos casos, una medida de una partícula daría lugar a una predicción incorrecta de la trayectoria de la partícula involucrada. Se acuñó el término "trayectorias surrealistas" para describirlos.
En el último experimento, Steinberg y sus colegas mostraron que el surrealismo era una consecuencia de que las partículas fueron capaces de influir una en la otra de forma instantánea a distancia. De hecho, las predicciones "incorrectas" de las trayectorias por la fotones entrelazados eran en realidad una consecuencia de en qué parte de su trayectoria se midieron las partículas entrelazadas. Teniendo en cuenta las dos partículas entre sí, las mediciones tenían sentido y eran coherentes con las trayectorias reales.
Steinberg señala que tanto la interpretación estándar de la mecánica cuántica como la interpretación de Broglie-Bohm son consistentes con la evidencia experimental y son matemáticamente equivalentes. Pero es útil en algunas circunstancias visualizar las trayectorias reales, en lugar del colapso de la función de onda, dice.