Teoría cuántica sobrevive a su última adversidad

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
Enlace Original

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Comments (10)

  1. paco

    No se entiende bien, alguien podría explicar el experimento?

    • En mi blog puedes encontrar una explicación (más o menos detallada) del experimento incluyendo algunas figuras que te lo aclararán (enlace en el comentario número 3, más abajo).

  2. dark_v

    ¿Que no haya interferencia de tercer orden significa que efectivamente las partículas se pueden concebir como onda-partícula? Menudo mazazo hubiera supuesto para la física quántica que sí se hubiera dado ese patrón. Aunque quizá mejor, porque la cuentita actualmente está en un punto muerto en lo que a gran unificación se refiere.

  3. [...] de la mecánica cuántica). La mecánica cuántica, como afirma elocuentemente Kanijo, “… sobrevive a su última adversidad,” Ciencia Kanija, 23 julio 2010. Permitidme que explique dicho experimento siguiendo a James [...]

  4. Gerardo Sánchez

    Parece mentira que un experimento tan obvio e importante pasara por debajo de la mesa tanto tiempo. Aunque yo mismo no puedo criticar a nadie, siempre he escuchado del experimento de la doble rendija y JAMAS paso por mi mente “y si fueran 3 rendijas?…”

  5. ja

    Es decir, al experimento de la doble rendija le han hecho otro gujero a ver que pasaba.. y no ha pasado nada.

    Una pregunta asola mi mente:

    ¿ En serio en casi 50 años desde el experimento de la doble rendija a nadie se le ha ocurrido probar con mas ‘gujeros’? ¿ Cada cuanto se pasan por el laboratorio a investigar esta gente ?
    ¿ No es un poco pa’ matarlos a estos físicos cuánticos :P ?

  6. Gerardo y ja se sorprenden “¿En serio … en casi 50 años … a nadie se le ha ocurrido probar … ?”

    Lo primero es lo primero. El experimento de doble rendija es de Young de 1805 y desde entonces ha sido realizado con múltiples rendijas infinidad de veces. Obviamente, con haces de luz láser débiles (fotón a fotón), como es obvio, hubo que esperar a que se inventara el láser (patente de 1960) [supongo que por eso hablas de casi 50 años].

    Lo segundo. Los físicos no somos tan torpes y el experimento multirendija ha sido realizado varias veces. En los útlimos 50 años tanto con luz láser, fotón a fotón, como con electrones. De hecho, varios experimentos de doble rendija en realidad no eran de doble rendija sino multirendija ya que fabricar solo dos rendijas adecuadas no es fácil si en lugar de fotones y electrones usamos otros objetos.

    Y lo tercero. ¿Cuál es la novedad alcanzada en 2010? Nunca hasta ahora se había logrado realizar el experimento con tres rendijas con una precisión suficiente como para asegurar que no haya efectos de interferencia múltiple con un error menor del 1%. Se han necesitado 50 años de avances en los detectores de fotones individuales para lograr que tengan una eficiencia suficientemente alta (mayor del 99%).

    Quizás te/os pueda parecer que los físicos somos torpes, pero detectar un fotón, solo un fotón, no es nada fácil y hacerlo siempre (más de 99 detecciones por cada 100) es muy difícil. Hoy en día solo se puede hacer a ciertas frecuencias muy concretas. Las eficiencias típicas en muchos experimentos de doble rendija son del orden del 10%. En experimentos que tratan de verificar las leyes cuánticas se suelen utilizar eficiencias del 70% (de ahí que algunos experimentos dejen la puerta abierta a loopholes). Lograr una eficiencia del 99% es muy difícil. Tanto, que lograr hacer un experimento con dicha precisión es suficiente para publicar un artículo en revistas del máximo prestigio, como Science o Nature. Algo que no es moco de pavo, te lo puedo asegurar (artículos firmados por algún español (afiliado en Spain) en la revista Science solo hay 380 de un total de más de 100000 artículos, según el ISI WEB 2010).

    Espero haber aclarado algo la cuestión en liza.

  7. Hipótesis:

    Supongamos que cada partícula (ej. fotón) está formada por otras dos, una llamada “visible” y otra “invisible”.

    A la parte “invisible” nadie (ninguna partícula) puede detectarla, pero ella, sí puede detectar cualquier parte “visible” (de cualquier partícula).

    Así las cosas, sólo tenemos dos caminos, pues las partículas en cuestión (ej. fotón, aunque es válido para grupos coherentes [ej. fulerenos]) están divididas en sólo dos “entidades”.

    En el caso de la rendija (n rendijas), se suelen indistinguir los dos posibles caminos (combinaciones de n elementos tomados de 2 en 2). En nuestro caso, los distinguiríamos, el de la partícula “visible” y el de la partícula “invisible”, cada una con su propia onda de probabilidad (dos veces las combinaciones de n elementos tomados de 2 en 2).

    Dado un experimento (ej. lanzamiento de un fotón), la “visible” puede seguir el camino “A” y la “invisible” el camino “B”, pero al siguiente experimento puede ser al revés (de ahí, “dos veces…”).

    Bajo esta hipótesis, es evidente que aunque tengamos más de dos rendijas, como sólo tenemos dos partículas, las interferencias únicamente se harán por pares.

    La hipótesis creo se ve bien (y “explica”) otro escenario, el experimento del “detector de bombas de Elitzur-Vaidman”, como hemos distinguido los dos posibles caminos de la partícula que ahora sí distinguimos, cuando es la partícula “visible” la que choca con la bomba, ésta estalla (esto ocurre el 50% de las veces), sin embargo, cuando es la partícula “invisible” la que choca con la bomba (esto ocurre el otro 50% de las veces), la bomba “no se percata” de ésta (que la partícula “invisible” ha chocado con ella [la bomba]), pero entonces, la “invisible” ya no puede interferir en la “visible” (por haberse “quedado” en la bomba) y nosotros podemos ver el efecto en la no interferencia de la parte “visible”. Y así se explica, la sorpresa “tradicional” de cómo es posible que la partícula, si ya ha tomado un camino, sepa que está la bomba o no, ¡pues porque se toman los dos!.

    Sería interesante ver si dadas dos partículas (ej. dos fotones), se puede “engañar” a una de las partes “visibles” con la parte “invisible” de la otra parte “visible” (y que propiedades se deben cumplir para ello [ej. estén enlazadas]). En tal caso, se vería si hay alguna propiedad “especial” que une la parte “visible” e “invisible” de una partícula o no (son partículas “normales”, pero nuevas). O también si las partes “invisibles” pueden iteractuar entre ellas (la hipótesis dice que “no deberían”), etc…

    Bueno, es sólo una hipótesis.

    Saludos.

  8. Jaime

    Gracias emulenews. Tu aclaración ha sido magnífica. Me pasaré por tu blog para ver la aclaración extendida del experimento. Por cierto, no he entendido nada del comentario de josejuan.

  9. Nuncamacuerdo

    Yo sí lo he entendido Jaime. Y no se si te envidio. :P

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