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Un equipo de físicos europeos comprobó que la dualidad onda-partícula se mantiene a largas distancias a pesar de la gravedad, incluso en grandes distancias. La dualidad onda partícula no se resuelve hasta que el observador lo define

El grupo, formado por Francesco Vedovato, Costantino Agnesi1, Matteo Schiavon, Daniele Dequal, Luca Calderaro, Marco Tomasin, Davide G. Marangon, Andrea Stanco, Vincenza Luceri, Giuseppe Bianco, Giuseppe Vallone y Paolo Villoresi, ha reproducido en el espacio exterior la experiencia de elección retardada ideada por Wheeler, y comprobado que la partícula conserva la dualidad a largas distancias en un contexto —el espacio exterior— en el que la gravedad podría jugar un papel.

Un experimento teórico propuesto en 1978 por el físico John Wheeler fue realizado ahora utilizando satélites en el espacio, sobre los que se hizo rebotar fotones emitidos desde de un láser. La distancia recorrida por los fotones fue de 3.500 kilómetros y los resultados obtenidos confirman las predicciones de la mecánica cuántica.

Se trata del “experimento de elección diferida” de Wheeler (“Wheeler’s delayed choice experiment”, también “elección retardada”). John Archibald Wheeler creó un experimento teórico (en 1978) para poner a prueba la elección retardada, y así cambiar las condiciones de contorno de la ecuación de Schrödinger. Si la teoría resultaba certera, las condiciones iniciales del experimento basadas en el fotón aportarían que este podría ser “engañado”, actuando como una partícula en lugar de la onda, o viceversa. Einstein consideraba que así era. Bohr, por otra parte, pensada que el fotón se comportaría como una partícula o una onda basada en las condiciones límite finales. Wheeler describió su experimento de elección retardada con el uso de un interferómetro Mach-Zehnder.

Lo que se ha comprobado es que la partícula no define su estado hasta que el observador decide configurar el instrumento de medida, que es el que determina el estado final de la partícula (onda o corpúsculo). Esto se había comprobado en laboratorio, en espacios limitados (hasta 50 metros), pero hasta ahora no se sabía si este fenómeno podía ocurrir a distancias más largas.

Francesco Vedovato y Paolo Villoresi, de la Universidad de Padua, y su equipo, quisieron averiguar lo que pasaría con la experiencia de elección retardada si se realizaba con la ayuda de un rayo láser recorriendo una gran distancia. Como se explica en un artículo publicado en Science, se valieron de los instrumentos disponibles en el Matera Laser Ranging Observatory (MLRO) italiano para conformar un interferómetro de Mach-Zender gigante, al conectar el observatorio terrestre y los satélites en órbita por medio de un rayo láser.

El interferómetro de Mach–Zehnder es un dispositivo utilizado para determinar las variaciones de cambio de fase relativas entre dos haces de luz paralelos que han emanado de una misma fuente de luz.

A pesar de la distancia de aproximadamente 3.500 kilómetros que recorrieron los fotones durante el experimento, la experiencia de elección retardada de Wheeler generó los mismos resultados obtenidos en los experimentos terrestres previos, lo cual, según los investigadores, confirma la validez universal de las ecuaciones de la física cuántica.

Los científicos consideran que el resultado que obtuvieron, tanto en términos del significado físico fundamental como de las técnicas experimentales utilizadas, estimulará aún más las aplicaciones de las comunicaciones cuánticas en el espacio.

La dualidad onda-partícula es un fenómeno cuántico bien comprobado empíricamente. Muchas partículas pueden exhibir comportamientos típicos de onda en unos experimentos, mientras en otros aparecen como partículas compactas y localizadas.

Sin embargo, no es posible concebir un experimento en el que ambos rasgos se observen al mismo tiempo, y por esta razón los físicos se han preguntado si la configuración experimental (el observador) es el que causa el comportamiento ondulatorio, o por lo contrario corpuscular de una partícula.

Esto fue lo que llevó a John Wheeler a introducir la idea de un experimento de elección tardía, es decir, un experimento que espera a que la partícula haya hecho su elección (onda o corpúsculo) para entonces realizar su medición (que es determinar su presencia en el espacio).
 


 
Wheeler quiso retrasar la medición durante un experimento para ver si la partícula elegía su futuro ella misma, pero descubrió que ese tiempo adicional que se le concede a la partícula no cambia las cosas, ya que finalmente se comporta según las decisiones del observador (la configuración del instrumento de medida).

Lo que ha descubierto el nuevo estudio es que este fenómeno se produce en el espacio con la misma exactitud que en un laboratorio terrestre. No importa la distancia concedida a la partícula para determinar su manifestación: la partícula espera la instrucción del observador para elegir su comportamiento.

Gracias a las distancias espaciales, entonces, se ha confirmado una de las suposiciones de la teoría cuántica: que la partícula conserva la dualidad onda partícula a largas distancias, durante todo el tiempo del experimento, en un contexto, el espacio, en el que la gravedad podría jugar un papel. La naturaleza de un fotón permanece indefinida incluso a lo largo de miles de kilómetros.

Artículo original: Extending Wheeler’s delayed-choice experiment to space. Science Advances 25 Oct 2017: Vol. 3, no. 10, e1701180. DOI: 10.1126/sciadv.1701180

Fuente: Science Advances, Tendencias 21 y otros sitios. Aportado por Eduardo J. Carletti

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