Superan un límite cuántico fundamental

Artículo publicado originalmente el 23 de marzo de 2011 en Plataforma SINC.

Científicos europeos, liderados desde el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), han detectado por primera vez señales magnéticas ultradébiles por encima del ‘límite de Heisenberg’, una barrera cuántica fundamental e infranqueable hasta ahora. El hallazgo podrá mejorar la sensibilidad de instrumentos como los que se usan en las prospecciones geológicas, la navegación por satélite o el diagnóstico por imagen en medicina.

“Hemos demostrado experimentalmente la superación del ‘límite de Heisenberg’, inventando una medida basada en la interacción de partículas”, explica a SINC Mario Napolitano, investigador del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO, adscrito a la Universidad Politécnica de Cataluña) y autor principal del estudio que publica hoy Nature.

Fotones


Hasta ahora los científicos pensaban que la precisión de cualquier medida estaba delimitada por ese límite. Se trata de una consecuencia del ‘principio de incertidumbre’ planteado por el alemán Werner Heisenberg (indica que si se conoce la ubicación exacta de un objeto tan pequeño como un átomo, no se puede saber hacia dónde se dirige).

Ahora, los científicos han detectado por primera vez señales magnéticas ultradébiles por encima del ‘límite de Heisenberg’, “un paso adelante en la comprensión de algo fundamental para la física, además de extender la frontera entre lo que podemos saber a través de una medida y lo que será inaccesible para siempre”, según Napolitano.

Para realizar el estudio, los expertos han utilizado un interferómetro (un instrumento que usa la interferencia de las ondas de luz para medir longitudes de onda) con luz láser polarizada y átomos de rubidio. Con este mecanismo han detectado, a tiempo real, los campos magnéticos producidos en el corazón y en el cerebro.

El investigador aclara: “El problema nace al aplicar el principio de incertidumbre a un sistema hecho con muchas partículas, el instrumento con el que se hacen las medidas, para establecer el límite de su sensibilidad. Si todas las partículas actúan de forma independiente, la sensibilidad está delimitada por este límite. Si existe interacción, el límite se extiende, y es lo que hemos demostrado con nuestro trabajo”.

De la medicina a la astronomía

El hallazgo abre un abanico de aplicaciones en campos muy diferentes, basados en la medida de campos magnéticos muy débiles (magnetometría) y la obtención de instrumentos mucho más sensibles. Los autores confían en que el avance tenga buenos resultados en la diagnosis de desórdenes del corazón y sirva para desvelar nuevos datos sobre el comportamiento del cerebro.

“A largo plazo, el descubrimiento puede mejorar la resonancia magnética en medicina, la búsqueda de ondas gravitaciones en astronomía y la navegación por satélite”, subraya Napolitano.

“Los interferómetros (como los de los relojes atómicos que hacen posible los sistemas GPS y Galileo, o los ópticos -LIGO, VIRGO, GEO- que revelan las ondas gravitacionales) podrían funcionar mejor utilizando las interacción entre partículas, como hemos demostrado”, añade el científico.

Con instrumentos mucho más sensibles, además, se podrá observar mejor la Tierra y detectar en el subsuelo los cambios que causan los yacimientos minerales o de petróleo.

¿Cómo de precisa puede llegar a ser una medida?

Supongamos, por ejemplo, que queremos medir la temperatura del agua caliente introduciendo un termómetro en ella. Dicho termómetro está frío y, al entrar en contacto con el agua, la enfría ligeramente. El dato obtenido sigue siendo una buena aproximación de la temperatura, pero su exactitud no llega hasta la billonésima de grado. El termómetro ha modificado casi imperceptiblemente la temperatura que estábamos midiendo.

Si queremos realizar medidas con una precisión extrema, las herramientas utilizadas tienen que ser cada vez más pequeñas, hasta alcanzar el mundo cuántico de los átomos o los fotones. Hoy en día, dichas herramientas se utilizan en instrumentos ultraprecisos, como los relojes atómicos de los satélites GPS.

En el principio de Heisenberg se encuentra la explicación fundamental de lo que ocurre en este ejemplo: una consecuencia de este principio es que nada se puede medir sin cambiarlo, ya que cuando una herramienta de medida interacciona con el objeto que se está midiendo le está transmitiendo su “incertidumbre” intrínseca. Según cómo sumen todas las incertidumbres entre herramientas y partículas se llega a un límite último en la sensibilidad.

Este límite, denominado “límite de Heisenberg”,  está mucho menos estudiado (a diferencia del principio de incertidumbre) y hace unos pocos años los físicos teóricos empezaron a cuestionarlo. En el año 2005, el investigador Alfredo Luis, de la Universidad Complutense de Madrid, trabajó en este ámbito. En el 2007, un equipo de Estados Unidos teorizó sobre lo que podría considerarse la superación del límite de Heisenberg, y el equipo del ICFO ha puesto a prueba esta teoría.

Lo que han hecho los investigadores ha sido mejorar la sensibilidad de estos sensores ópticos (o magnetómetros atómicos), superando el límite dado hasta ahora, ya que, en vez de utilizar cada uno de los fotones del láser de forma independiente, los hacen trabajar conjuntamente, con lo que han conseguido una mejora que incrementa 10 veces más la sensibilidad de la medida del campo magnético, demostrando que el límite puede ser superado.


Referencia bibliográfica: M. Napolitano, M. Koschorreck, B. Dubost, N. Behbood, R. J. Sewell1 y M. W. Mitchell. “Interaction-based quantum metrology showing scaling beyond the Heisenberg limit”. Nature. 471, 24 de marzo de 2011. Doi:10.1038/nature09778.

Fecha Original: 23 de marzo de 2011
Enlace Original

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Comments (16)

  1. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: Artículo publicado originalmente el 23 de marzo de 2011 en Plataforma SINC. Científicos europeos, liderados desde el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), han detectado por primera vez señales magnéticas ultradébiles por en…..

  2. Teaius

    ¿El instituto de ciencias fotónicas no era donde tenían a Mazinger Z?

    • jurl

      según los doblajes que he visto en llutuf, fotoatómicas (que viene a ser lo mismo que decir estatodinámicas o hidráulicoacuosas)

  3. Madre mía, este artículo es ya el colmo del sensacionalismo. En algunos medios se puede leer: “una investigación española acaba con el límite de Heisenberg” esto a primera vista suena tan ridículo como leer: ” científicos de la universidad de Teruel confirman que el Universo no existe” (como muchas personas que opinan lo mismo de la existencia de Teruel :D ).
    Además, creo que el artículo generará una gran confusión ya que muchos creerán que el “límite de Heisenberg” y el “principio de incertidumbre de Heisenberg” son lo mismo y que científicos españoles han conseguido hacer una medida “más fina” de lo que permite este principio. Antes de seguir, hay que tener claro que el principio de incertidumbre no se debe a una limitación tecnológica, es un principio FUNDAMENTAL de la mc. Si se violase este principio toda la mc se iría por el retrete cosa que evidentemente no es probable que suceda. Y esto es así por que energía (más concretamente la energíaxtiempo) está cuantizada, es discreta y la distancia entre un “cuanto” y otro es h. Este hecho FUNDAMENTAL explica de forma muy sencilla el principio de incertidumbre: h es una constante de E X t (energía x tiempo) que es igual que una constante de p x l (momento lineal x longitud) es decir, la energía y el tiempo o el momento y la posición no se pueden medir AL MISMO TIEMPO con una precision inferior a h (h/2PI) por que si fuese posible h (con su longitud de planck, su tiempo de planck, etc) no sería el cuanto fundamental y por tanto toda la física se derrumbaría, (al igual que todos los átomos del universo lo cual parece que no sucede).
    Dicho esto, es claro que el “límite de Heisenberg” al que se refieren los investigadores en el artículo es otra cosa distinta (como se dice en el penúltimo párrafo del artículo aunque sin explicarlo bien) que bien puede ser un límite experimental (y por tanto no fundamental), un límite derivado de algún sistema entrelazado o que sencillamente no impliquen “observables complementarios” (que son los que no se pueden medir a la vez con precisión) como son posición-momento o energía-tiempo.
    Lo que debe quedar claro es que no se ha violado el principio de incertidumbre y que el título del artículo claramente se ha escogido para llamar la atención.
    Saludos.

    • jurl

      suscribo 100% xD

      Además, está tan pésimamente redactado que dicen que detectan “por encima del límite” (sic), cuando del contexto del artículo se refiere a que lo acotan más, y por tanto deberían detectar por debajo. Claro que igual es que es eso, que detectan “por encima del límite” xD

      • Ey...es_mi_balon

        Jurl, una sana sugerencia, teniendo muy en cuenta que tanto tus comentarios, como los de planck, suelen aclaran y expandir los artículos de este blog. En vez de escribir “está tan pésimamente redactado”, podrías haber sido algo más amable. Algo como “la redacción podría ser más clara” hubiese estado bien. Recuerda que accedemos a esta información gratuitamente y gracias a que alguien con su esfuerzo diario se esmera en publicar y recopilar la información. Tomalo como una sana sugerencia sin ánimos de ofender. Recuerda “Intellectus non sublime sapere”. Un gran abrazo. : )

        • jurl

          Emm… ¿he vuelto a meter la zarpa?

          Tengo un estilo un poco hiperbólico (infantil, supongo), así que algo “estar pésimamente redactado” quiere decir que el escritor y/o el lector se ha[n] hecho un poco la picha un lío. Es un estilo, no una observación aguda, por tanto se puede interpretar (me temo que lo es) como un exabrupto. Mea culpa. Debería haber dicho, efectivamente, no “la redacción podía ser un poco más clara” sino “este párrafo puede ser interpretado de forma ambigua”, subrayando que la intepretación siempre va en función del punto de vista del lector. Llevas toda la razón, gracias por ayudarme a verlo.

          La verdad es que el artículo me dejó tan… un poco flipado, que tuve una de mis incontinencias habituales. De todos modos, yo nunca he criticado ni por asomo (vamos, ni es ni ha sido ni se me ocurrirá) elevar la menor crítica al titular del blog por las razones que apuntas y algunas más, pero es que yo no pensé que el autor del artículo fuese maese Kanijo, es más, entiendo que no lo es. Maese Kanijo se dedica a traducir los artículos respectando en su mejor saber y entender el espíritu y la letra del original, si son buenos, buenos quedan, si pésimos, lo natural es que pésimos sean vertidos al castellano: hacer otra cosa sería reescribirlos, es decir, adulterarlos (que no tiene por qué ser un verbo peyorativo).

          El artículo original, que ya está en castellano, no cita al autor. Meto la pata como todo hijo de vecino, pero al menos miro antes de disparar xD. Lo que no quita que mire mal, naturalmente. Si eso, ya me pillaré los dedos en alguna puerta como castigo.

    • Gerardo

      Por lo que leo en internet, el principio de incertidumbre esta “a salvo”. El “limite” indicado por el principio de incertidumbre es un “minimo” que aplica cuando son dos propiedades (¿particulas?) las que interaccionan. Ahora este limite minimo aumenta en un factor de N^(-1/2) cuando hay más atomos interactuando, donde N es el numero de atomos, esta es la teoria, y a esto es a lo que llaman “límite de Heisenberg”

      Lo que ocurre es que se habia teorizado que este limite aplica solo cuando la interaccion es lineal, y que cuando fuera no lineal seria menor, ESTO NUNCA HABIA SIDO MEDIDO Y ESTA ES LA EMOCION CON LOS RESULTADOS

      Te felicito plank tu fé en los principios fundamentales se ha visto recompensada

      La información la leí de esta pagina

      • Gracias Gerardo, no había leido el artículo de Francis donde se explica que es el dichoso “límite de Heisenberg”. De todas formas no me gusta nada la palabra “fé” esa es más una palabra para los místicos, esos si que pueden violar el principio de incertidumbre con sus energias todopoderosas y sus superpoderes hiperdimensionales :D

  4. El_tonto_del_pueblo

    dudas:

    ¿Qué es eso del “límite de Heisenberg”?

    ¿Qué diferencia hay entre el límite de Heisenberg y su principio de incertidumbre?

    ¿Qué es lo que se ha conseguido a fin de cuentas?

    ¿Por qué se creía que ahí había un límite?

    Saludos

    • Karlo

      El límite de Heisenberg es lo que se creía que se podía llegar a medir usando un aparato de medida, el principio de incertidumbre de Heisemberg es la medida de la “borrosidad” de un sistema cuántico. El límite (ahora ya no un límite) no era una propiedad del mundo, sino de nuestra inteligencia para medirlo :p pero el principio es una característica propia de la naturaleza y (parece) imposible de superar.

  5. reneco

    Una cosa me quedo clara, que el límite de mi entendimiento es el límite de Heisenberg

  6. Bueno, algo se està logrando afinando las mediciones, superando el lìmite de incertidumbre o no.

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