Una función de onda medida directamente

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Artículo publicado por Devin Powell el 8 de junio de 2011 en Science News

Un equipo canadiense logra una hazaña cuántica que hace lo intangible un poco más tangible.

La borrosa forma cuántica que describe la velocidad o posición de una única partícula, su función de onda, ha sido medida directamente en el laboratorio, ando a este concepto matemático una pequeña dosis de realidad.

Como una burbuja en la brisa, la función de onda normalmente desaparece cuando se busca obtener su información. Pero científicos de Canadá han logrado una forma más sutil de tocarla, según informan en el ejemplar del 9 de junio de Nature.

Concepción artística de la función de onda


“Medir la propia función de onda es algo que no se pensaba que fuese posible”, dice el físico de Stanford Onur Hosten. “No se piensa en ello como en algo realmente físico”.

Esta interpretación data de la década de 1920, cuando el físico Max Born defendía que la función de onda, representada por la letra griega psi, es una útil herramienta matemática. La ecuación de la función de onda es el punto inicial, por ejemplo para dibujar las coloridas formas de la química de los libros de texto que muestran la probabilidad de que un electrón se encuentre en un cierto punto.

Para calcular una función de onda, los científicos normalmente recopilan grandes cantidades de medidas indirectas usando una técnica conocida como tomografía de estado cuántico.

“Es como calcular la forma de una onda de agua moviendo una luz a su alrededor y midiendo la sombra de la ola en el fondo de la piscina”, dice Jeff Lundeen, físico del Instituto del Consejo de Investigación Nacional Canadiense para Estándares y Medidas en Ottawa.

Lundeen y sus colegas prefieren una interrogación directa usando una combinación de medidas fuertes, que proporcionan la comodidad de la certidumbre, pero destruyen la función de onda, y medidas débiles, que proporcionan información incierta pero hacen poco daño.

Para demostrar cómo funciona en el laboratorio, el equipo midió la función de onda que describe la posición de una única partícula de luz, o fotón. El equipo polarizó fotones de forma que el ángulo de cada partícula daba una idea aproximada de su localización, dejando la suficiente incertidumbre para no perturbar la función de onda. Eliminar todos los fotones que se movían – una medida fuerte del momento – permitió a los científicos mapear la función de onda usando las partículas inmóviles restantes.

“Esto no proporciona más información que otros métodos”, dice Lundeen. “Simplemente te la da de otra forma”.

Lundeen y sus colegas no intentan desafiar a la mecánica cuántica. El principio de incertidumbre de Heisenberg, que afirma que no pueden medirse simultáneamente la posición y momento de una partícula, aún se mantiene: El equipo de Lundeen tuvo que medir débilmente muchas partículas para calcular la información de la posición.

Y todas esas partículas de luz tenían que ser idénticas, lo cual podría limitar la utilidad de la técnica.

“El método sólo funciona si se sabe de antemano que cada fotón se crea en el mismo estado cuántico”, dice Michael Raymer, físico de la Universidad de Oregon en Eugene “Esto, generalmente, no es el caso, y en caso de ser así se necesitaría el uso de métodos estándar de tomografía de estado cuántico”.

Aun así, Lundeen dice que esta nueva forma de estudio probablemente pueda adaptarse para medir las funciones de onda de muchas otras partículas – incluyendo iones, moléculas y electrones.


Autor: Devin Powell
Fecha Original: 8 de junio de 2011
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