por Antonio Fernández

Diciembre 2016

del Sitio Web TonyFdez
 

 




Una versión óptica

del experimento de elección retardada

de Wheeler (izquierda) y una versión atómica

 y usadas por Truscott (derecha).

Crédito: Manning et al.




Un nuevo experimento vuelve a confirmar uno de los aspectos teóricos de la física quántica:

el comportamiento onda-partícula de los "objetos" subatómicos.

En el mundo macroscópico, estamos acostumbrados a que las ondas son ondas (olas del mar, por ejemplo) y las partículas son partículas (bola de billar).

 

Sin embargo, la teoría quántica sostiene que para las partículas más pequeñas, esta distinción se rompe. La luz (fotones, sin masa) puede comportarse como una onda o como una partícula.

 

Lo mismo ocurre con los electrones, que si tienen masa. Es conocido como la dualidad onda-partícula.

 

Este comportamiento dual ya fue demostrado mediante el conocido experimento de la doble rendija con el lanzamiento de electrones y visionándose el llamado patrón de interferencia, haciéndose notar el comportamiento ondulatorio del electrón.

 

Pero si se "observaba" más de cerca, la cosa cambiaba:
 

 

 

 



Antes de seguir, una pequeña matización sobre el video:

En realidad el video explica mal cuando menciona al observador, dejando la idea de que el observador influye en el experimento.

Lo que influye en el experimento es la presencia de luz.

 

Recordemos que la luz son "paquetitos" (fotones) y para poder observar el experimento necesitamos luz, por lo que estamos "bombardeando" los electrones con fotones alterando el estado del electrón, apareciendo el patrón de interferencia.

Pues bien, la extraña naturaleza de la realidad, tal y como la establece la teoría quántica, ha sobrevivido a otra prueba, dado que los científicos han realizado un famoso experimento y demostrado que la realidad no existe hasta que se mide.

 

Los físicos de la Universidad Nacional de Australia (ANU) han llevado a cabo el experimento (Wheeler's Delayed-Choice Gedanken Experiment with a Single Atom) de elección retardada, pensado por John Wheeler, que consiste en que a un objeto en movimiento se le da la opción de actuar como una partícula o una onda.

 

El experimento de Wheeler se pregunta:

¿Y en qué momento decide el objeto?

 

 


Experimento formulado por Wheeler


El experimento se trata de la pregunta:

En mecánica quántica el efecto de hacer una medición hace que cambie el resultado de lo que vemos, al producirse un "colapso de onda" en un solo punto de medición.

 

Es decir, si se dispara un fotón hacia dos ranuras, y ponemos un detector en cada ranura, la partícula siempre o entrará por una ranura o por la otra (la vemos pasar por un detector u otro).

Sin embargo si no ponemos un detector y en vez de eso permitimos que las partículas atraviesen las dos rejillas y choquen contra una pared, lo que sucede es que las partículas pasan por ambas rejillas a la vez y forman un "patrón de ondas" en la pared.

 

En otras palabras, nuestra elección de medir o no los fotones causa que posteriormente estos se comporten como partículas o como ondas. Algo verdaderamente asombroso.

Noten que lo importante a notar aquí es que de alguna manera, los fotones "saben" dependiendo de si los vamos a medir o no que deben,

  • ó pasar por la primera o la segunda rejilla (pero no ambas)

  • ó pasar por ambas a la vez (en el enlace que les di al inicio de este artículo les explico cómo eso puede ser posible)

Ahora bien, y aquí viene el Experimento de Elección Diferida de Wheeler (propuesto por John Archibald Wheeler en el 1978),

¿qué sucedería si nosotros no decidimos cuál de los dos métodos utilizar (el de medir o no medir) hasta después de que los fotones hayan sido disparados y ya estén en camino a las rejillas?

Pues sucede algo aún más sorprendente que el poder pasar por ambas rejillas a la vez.

Lo que sucede es que si decidimos (aun cuando sepamos que los fotones ya hayan pasado las rejillas) medir o no los fotones, que el resultado es el mismo que antes.

Déjenme explicar bien si no entendieron:

En el experimento original, nosotros colocamos nuestros detectores (o no), y después disparamos los fotones para que pasen por la rejilla, y los fotones de alguna manera pasan o por una o ambas rejillas a la vez.

 

En el nuevo experimento nosotros disparamos primero los fotones, los cuales pasan posteriormente por las rejillas, y es en este momento que nosotros elegimos si observar o no a los fotones pasar, y sin importar lo que hagamos los fotones actúan como si ya supieran lo que íbamos a hacer (si observar o no) y decidieron en base a eso pasar o por una de las rejillas o por ambas a la vez.

 

Otra manera de ver esto, y esto es lo importante del experimento, es que nuestra elección en el futuro afectó el comportamiento de los fotones en el pasado antes de que estos salieran disparados hacia las rejillas y supieran si nosotros los íbamos a medir o no.

O en otras palabras, el futuro afectó al pasado, lo que pone boca abajo lo que asumimos que en todos los casos una causa pasado tiene un efecto futuro.

El sentido común dice que el objeto es o bien onda o bien partícula, independientemente de cómo lo medimos. Pero la física quántica predice que observar el comportamiento ondulatorio (interferencia) o el comportamiento de partícula (sin interferencias) depende sólo de la forma en que se mida, al final de su viaje.

 

Esto es exactamente lo que encontró el equipo de ANU.

 

 


El futuro afecta al pasado

"Esto demuestra que la medición es todo.

 

A nivel quántico, la realidad no existe si no estás mirando", dice el profesor Andrew Truscott, de la Escuela de Investigación de Física e Ingeniería de ANU, en la nota de prensa de ésta.

A pesar del misterio aparente, los resultados confirman la validez de la teoría quántica, que rige el mundo de lo muy pequeño, y ha permitido el desarrollo de muchas tecnologías como LED, láser y chips de computadora.

El equipo de ANU no sólo tuvo éxito en la construcción del experimento, que parecía casi imposible cuando se propuso en 1978, sino que invirtió el concepto original de Wheeler de haces de luz que rebotaban en espejos, y en su lugar utilizó átomos dispersos por luz láser.

"Las predicciones de la física quántica sobre la interferencia parecen bastante extrañas cuando se aplican a la luz, que se parece más a una onda, pero haber hecho el experimento con los átomos, que son objetos complicados que tienen masa e interactúan con los campos eléctricos y demás, se suma a la extrañeza", dice Roman Khakimov, estudiante de doctorado.

El equipo del profesor Andrew Truscott primero atrapó una colección de átomos de helio en un estado de suspensión conocido como condensado de Bose-Einstein, y luego los expulsó hasta que sólo quedó un átomo.

Entonces dejaron caer ese único átomo a través de un par de rayos láser que se propagaban en dirección contraria, y que formaban un patrón de rejilla que actuaba como encrucijada, de la misma forma que una rejilla sólida dispersaría la luz.

Una segunda rejilla de luz para recombinar los caminos se añadió en algunos casos, al azar, lo que provocó una interferencia constructiva o destructiva, como si el átomo hubiera viajado por ambos caminos - actuando como onda.

 

Cuando no se añadía la segunda rejilla de luz, no se observaba ninguna interferencia, como si el átomo hubiera elegido un solo camino - actuando como partícula.

Sin embargo, el número aleatorio que determinaba si se añadía o no la segunda rejilla solamente se generaba después de que el átomo hubiera pasado a través de la encrucijada.

Si se opta por creer que el átomo realmente tomó un camino o los dos caminos entonces uno tiene que aceptar que una medida futura está afectando al pasado del átomo, dice Truscott.

"Los átomos no viajaron de A a B. No fue hasta que se midieron, al final del viaje, que existió el comportamiento ondulatorio o de partícula".

Consejo para entenderlo mejor:

Por favor, deshágase de la concepción lineal que se tiene del tiempo como medida absoluta que se mueve en una única dirección o vea la película "Interstelar".

 

 


Referencia