Teoría cuántica sobrevive a su última adversidad

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Experimento de triple rendijaUn experimento simple que envía fotones a través de tres rendijas proporciona la mejor prueba hasta el momento de un importante axioma de la teoría cuántica conocido como Regla de Born, dicen físicos de Austria y Canadá. La confirmación también proporciona una importante guía para aquellos que buscan el santo grial de la física – una teoría cuántica que incluya la gravedad.

Cuando un haz de partículas tales como fotones o electrones, es disparado sobre dos rendijas cercanas, el patrón de interferencia resultante tiene lugar debido a que las partículas se comportan como ondas. La intensidad del patrón puede calcularse mediante el cuadrado de la suma de las ondas que viajan a través de cada rendija. Esta es la consecuencia de la Regla de Born, la cual define la probabilidad de que una medida en un sistema cuántico arroje cierto resultado.

Sólo pares

En el caso de tres rendijas, el cálculo genera tres términos que describen la interferencia entre las ondas que viajan a través de los tres posibles pares de rendijas. No hay, sin embargo, términos de “tercer orden” implicados en las ondas que viajan a través de las tres rendijas.

Aunque la Regla de Born ha sido clave en la teoría cuántica desde la década de 1920, no ha sido comprobada experimentalmente en ningún grado de rigor. Ahora, Gregor Weihs de la Universidad de Innsbruck en Austria y sus colegas de la Universidad de Waterloo en Canadá han realizado un experimento de triple rendija que demuestra que no hay interferencia de tercer orden.

Las medidas empiezan con la creación de un único fotón que se dispara a una máscara con tres rendijas – cada una de un grosor de 30 µm y separadas entre sí 100 µm. Una vez ha pasado a través de las rendijas, el fotón impacta en una posición del detector. Se disparan fotones aaislados a un ritmo de unos 40 000 por segundo y un gráfico de intensidad de fotones contra posición da el patrón de interferencia descrito por la Regla de Born.

Suma

Para comprobar la regla, el equipo repitió la medida con una rendija abierta en cada momento – y luego con las tres posibles configuraciones para dos rendijas abiertas. Si la Regla de Born es correcta, todas estas medidas deberían sumar el mismo patrón de interferencia visto cuando se abren las tres rendijas. Weihs y sus colegas vieron esto dentro del 1% de la intensidad del patrón, confirmando la Regla de Born.

De acuerdo con Weihs, cualquier violación de la Regla de Born significaría que la ecuación de Schrödinger – la piedra angular de la teoría cuántica – tendría que modificarse. “La existencia de términos de interferencia de tercer orden tendrían unas tremendas repercusiones teóricas – sacudirían la mecánica cuántica hasta su núcleo”, comenta.

Sin embargo, el descubrimiento de tal violación sería bienvenido dado que una teoría cuántica revisada podría llevar a la teoría unificada buscada desde hace tiempo que incorpore las actuales teorías gravitatoria y cuántica.

Porporcionando una respuesta

“La cuestión entonces es cómo de radical tendría que ser la revisión”, explica Rafael Sorkin del Instituto Perimeter para Física Teórica en Canadá. “Este experimento proporciona una respuesta diciéndonos que (con la precisión lograda hasta el momento) la naturaleza está satisfecha con el tiempo de interferencia de dos rendijas que ya conocemos, pero no exhibe nuevas formas de interferencia que impliquen tres alternativas o más”.

Weihs dijo a physicsworld.com que el equipo está realizando ahora un experimento similar con divisores de haces en lugar de tres rendijas – lo que les permite reducir la incertidumbre experimental. También planean repetir el experimento con cuatro y cinco rendijas.

Se informa de dicho trabajo en Science 329 418.


Autor: Hamish Johnston
Fecha Original: 22 de julio de 2010
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