FISICA CUANTICA

La científica que trabaja en el CERN Sonia Fernández Vidal nos explica la Fisica Cuantica de una manera muy didáctica.

Es la materia más pequeña que el átomo.

El comportamiento extraordinario de estas partículas.
La información que estas partículas generan son las que forman lo que nos rodea.
Las partículas tienen características casi mágicas, pueden estar en más de un lugar al mismo tiempo.

El tiempo en la física cuántica es diferente.

Ya pronto existirán ordenadores cuánticos muchísimos más capaces de realizar cálculos con solo 64 cubits que todos los ordenadores existentes juntos.
En la física cuántica vemos que no todo funciona predeterminado como una maquinaria y no somos solo espectadores de afuera teniendo nuestra propia consciencia una parte en la formación de la realidad que vemos.

A Owen Maroney le preocupa que los físicos hayan pasado la mejor parte de su participación en el fraude del siglo.

Desde que inventaron la teoría cuántica a principios del siglo XX, explica Maroney, que es él mismo un físico de la Universidad de Oxford, Reino Unido, han estado hablando sobre lo extraño que es, cómo permiten que las partículas y los átomos se mueven en muchas direcciones a la vez, por ejemplo, o girar hacia la derecha y hacia la izquierda simultáneamente.

Pero hablar no es prueba, dijo Maroney. «Si le decimos a la opinión pública que la teoría cuántica es extraña, mejor salir y probar que es verdad», dice. «De lo contrario no estamos haciendo ciencia, nosotros solo estamos explicando algunos graciosos garabatos en una pizarra.

Es este sentimiento que ha llevado a Maroney y otros, desarrollar una nueva serie de experimentos para descubrir la naturaleza de la wavefunction — la entidad misteriosa que yace en el corazón de la extrañeza cuántica. Sobre el papel, la wavefunction es simplemente un objeto matemático que los físicos denotan con el psi de la letra griega (Ψ), uno de los garabatos divertidos de Maroney — y se utiliza para describir el comportamiento cuántico de las partículas.

Según el experimento, la wavefunction permite calcular la probabilidad de observar un electrón en cualquier lugar en particular, o si las posibilidades de que su giro se oriente hacia arriba o hacia abajo. Pero las matemáticas no arrojan ninguna luz sobre lo que un es verdaderamente una wavefunction. ¿Es una cosa física? ¿O solo una herramienta de cálculo para manipular la ignorancia del observador sobre el mundo?

Las pruebas que se utilizan para trabajar son extremadamente sutiles y todavía tienen que producir una respuesta definitiva. Pero los investigadores son optimistas que una resolución esté cerca. Si es así, finalmente serán capaces de responder a preguntas que han estado suspendidas durante décadas.

¿Una partícula realmente puede estar en muchos lugares al mismo tiempo? ¿Está el universo continuamente dividiéndose a sí mismo en mundos paralelos, cada uno con una versión alternativa de nosotros mismos? ¿Existe tal cosa como una realidad objetiva?

Alessandro Fedrizzi, físico de la Universidad de Queensland en Brisbane, Australia dice: «Estos son los tipos de preguntas que en algún momento todos han hecho, «¿Qué es lo que realmente es real?»

Debates sobre la naturaleza de la realidad vuelven a los físicos a la conciencia de los inicios de la teoría cuántica que las partículas y las ondas son dos caras de una misma moneda.

Un ejemplo clásico es el experimento de doble rendija, en el cual los electrones individuales se disparan contra una barrera con dos aberturas: el electrón parece pasar a través de ambas ranuras en la misma forma que una onda de luz, creando un patrón de bandas de interferencia al otro lado (ver ‘rarezas de onda de partícula’).

En 1926, el físico austríaco Erwin Schrödinger inventó la wavefunction para describir este comportamiento e ideó una ecuación que permitía a los físicos calcularla en cualquier situación dada. Pero ni él ni nadie podía decir nada sobre la naturaleza de la wavefunction.

Desde una perspectiva práctica, la ignorancia es la felicidad, no importa su naturaleza. La interpretación de Copenhague en 1920 de la teoría cuántica, por los físicos Werner Heisenberg y Niels Bohr trata la wavefunction como nada más que una herramienta para predecir los resultados de las observaciones y precauciones físicas, no a lo que se refiere a lo que se ve como debajo de la realidad.

«No se puede culpar a la mayoría de los físicos para seguir este ethos» cállate y calcula» porque ha llevado a enormes avances en física nuclear, física atómica, física de estado sólido y física de la partícula,» dice Jean Bricmont, físico estadístico en la Universidad Católica de Lovaina en Bélgica. «Por lo que dicen, no vamos a preocuparnos por grandes preguntas.»

Pero algunos físicos se preocuparon de todos modos. Albert Einstein, por el 30’, había rechazado la interpretación de Copenhague, no menos importante porque permitió a dos partículas enredar sus wavefunctions, produciendo una situación en la que las mediciones en una podrían instantáneamente determinar el estado de la otra incluso si las partículas eran separadas por vastas distancias.

Algo de aceptar tal «acción espeluznante a distancia», Einstein prefería creer que las wavefunctions de las partículas eran incompletas.

Tal vez, él sugirió, las partículas tienen algún tipo de ‘variables ocultas’ que determinan el resultado de la medición, pero que las teorías cuánticas no captan.

Desde entonces los experimentos han demostrado que esta acción spooky en una distancia es bastante real, que descarta la versión particular de variables ocultas que Einstein abogó. Pero que no ha parado aotros físicos de venir con interpretaciones propias. Estas interpretaciones se dividen en dos amplios campos. Hay personas que están de acuerdo con Einstein que la wavefunction representa nuestra ignorancia — lo que los filósofos llaman modelos psi-epistémicos. Y hay quienes ven la wavefunction como una entidad real de— modelos psi-ónticos.

Para apreciar la diferencia, considere un experimento de Schrödinger descrito en una carta de 1935 a Einstein. Imagine que un gato está encerrado en una caja de acero. E imagine que la caja también contiene una muestra de material radiactivo que tiene una probabilidad del 50% de emitir un producto de desintegración en una hora, junto con un aparato que envenena el gato si detecta tal decaimiento.

Por causa que el decaimiento radiactivo es un evento cuántico, Schrödinger escribiría, lo que regla el estado de la teoría cuántica dice que, al final de la hora, la wavefunction para el interior de la caja debe ser una mezcla de gato vivo y gato muerto.

«Crudamente hablando», dice Fedrizzi, «en un modelo de psi-epistémico del gato en la caja que está vivo o está muerto y no lo sabemos porque la caja está cerrada.» Pero así son la mayoría de los modelos psi-ónticos de acuerdo con la interpretación de Copenhague: hasta que un observador abra la caja y mire, si el gato está vivo y muerto.

Pero esto es donde el debate se atasca. ¿Cuál de las muchas interpretaciones de la teoría cuántica — si alguna — es la correcta? Es una pregunta difícil para contestar experimentalmente, debido a que las diferencias entre los modelos son sutiles: para ser viables, tienen que predecir esencialmente los mismos fenómenos del quántum como la interpretación de Copenhague muy acertada.

Andrew White, un físico de la Universidad de Queensland, afirma que en la mayoría de sus 20 años de carrera en tecnologías cuánticas «el problema era como una gigante montaña lisa sin puntos de apoyo, no sabiendo como agarrarla».

Pero esto ha cambiado en 2011, con la publicación de un teorema acerca de las mediciones de la cuántica que parecen descartar el MODELO 2 de wavefunction como ignorancia. En una inspección más cercana, sin embargo, el teorema resultó dejar suficiente espacio de maniobra para que puedan sobrevivir.

Sin embargo, inspiró a físicos a pensar seriamente en las formas de zanjar el debate realmente con pruebas de la realidad de la wavefunction. Maroney ya había ideado un experimento que debería funcionar el principio 3 y él y otros pronto encontraron maneras de hacer que funcione en la práctica. El experimento se llevó a cabo el año pasado por Fedrizzi, White y otros.

Para ilustrar la idea de la prueba, imagine dos pilas de cartas. Uno contiene sólo tarjetas rojas; la otra contiene solamente ases. «te piden una carta y te piden identificar cual es,» dice Martin Ringbauer, un físico en la Universidad de Queensland. Si es un as rojo, dice, «hay una superposición y no podrías decir de dónde procede».

Pero si sabes cuántos hay de cada tipo de tarjeta en cada cubierta, se puede calcular al menos con qué frecuencia surgen tales situaciones ambiguas.

En una extremidad a la ambigüedad similar se produce los sistemas cuánticos. No siempre es posible que una sola medición en el laboratorio pueda distinguir cómo un fotón está polarizado, por ejemplo. «En la vida real, es bastante fácil decir oeste – ligeramente al sur oeste, pero en los sistemas cuánticos, no es tan simple,» dice White

Según la interpretación estándar de Copenhague, no tiene ningún sentido preguntar qué es la polarización porque la pregunta no tiene una respuesta, o al menos, no hasta que otra medición pueda determinar precisamente esa respuesta.

Pero según los modelos de la wavefunction como la ignorancia, la pregunta es perfectamente significativa; es justo que los experimentadores — como el jugador de juego de cartas, no tengan suficiente información con una medida para responder.

Como con las tarjetas, es posible estimar cuánta ambigüedad puede explicarse por tal ignorancia y compararla con la mayor cantidad de ambigüedad permitida por la teoría estándar.