Investigadores del MIT: "Nuestro Universo puede estar basado en fenómeno cuántico más veloz que la velocidad de la luz"

Investigadores del MIT proponen un experimento utilizando los cuásares distantes que puede cerrar la última laguna importante de la desigualdad de Bell —un teorema de 50 años de edad—, que, de ser violado por los experimentos, significaría que nuestro universo no se basa en las leyes de los libros de texto de física clásica, sino en la menos tangible probabilística de la mecánica cuántica

Este punto de vista cuántico así permitiría que los fenómenos aparentemente contraintuitivos, como el entrelazamiento, en el que la medición de una partícula afecta instantáneamente a otra aún si esas partículas entrelazadas están en extremos opuestos del universo. Entre otras cosas, el entrelazamiento —una característica cuántica a la que Albert Einstein, con escepticismo, se refirió como «acción fantasmal a distancia»— parece sugerir que las partículas entrelazadas pueden afectarse entre sí en forma instantánea, más rápido que la velocidad de la luz.

En 1964, el físico John Bell tomó esta aparente disparidad entre la mecánica cuántica y la física clásica y estableció que si el universo se basa en la física clásica, la medición de una partícula entrelazada no debe afectar a la medición de la otra; una teoría, conocida como localidad, en la que hay un límite a cuán correlacionadas pueden estar dos partículas. Bell ideó una fórmula matemática para la localidad, y se presenta escenarios que violaban esta fórmula, en lugar siguiendo las predicciones de la mecánica cuántica.

Desde entonces, los físicos han probado el teorema de Bell midiendo las propiedades de las partículas cuánticas entrelazadas en el laboratorio. Esencialmente todos estos experimentos han demostrado que estas partículas se correlacionan más fuertemente de lo que se espera conforme a las leyes de la física clásica, hallazgos que respaldan la mecánica cuántica.

Los científicos también han identificado varias lagunas importantes en el teorema de Bell. Esto sugiere que, si bien los resultados de estos experimentos pueden parecer que apoyan las predicciones de la mecánica cuántica, en realidad siempre son representativas de desconocidas «variables ocultas» que dan la ilusión de un resultado cuántico, pero aún así se pueden explicar en términos clásicos.

A pesar de que dos grandes lagunas ya se han cerrado, la tercera perdura: los físicos se refieren a ella como «establecimiento de la independencia», o más provocativamente, «libre albedrío». Esta laguna propone que la configuración de un detector de partículas pueden «conspirar» con eventos en el pasado causal en común de los propios detectores para determinar qué propiedades de la partícula miden… un escenario que, aun siendo poco probable, implica que el físico que lleva adelante el experimento hace no tiene un completo libre albedrío en escoger la configuración de cada detector. Este escenario daría lugar a mediciones sesgadas, lo que sugiere que dos partículas se correlacionan más de lo que realmente lo están, y dando más peso a la mecánica cuántica que a la física clásica.

«Suena raro, pero la gente se dio cuenta de que es una posibilidad lógica que no se ha cerrado todavía», dice David Kaiser del MIT, profesor de Historia de la Ciencia y profesor titular en el Departamento de Física. «Antes de dar el salto y decir que las ecuaciones de la teoría cuántica nos dicen que el mundo es ineludiblemente loco y extraño, ¿hemos cerrado todas las escapatorias lógicas imaginables, incluso si no pueden parecer plausibles en el mundo que conocemos hoy en día?»

Ahora Kaiser, junto con el postdoctorado de MIT Andrew Friedman y Jason Gallicchio de la Universidad de Chicago, han propuesto un experimento para cerrar esta tercer laguna mediante la determinación de la configuración de un detector de partículas usando un poco de la luz más antigua del universo: los cuásares distantes, o núcleos galácticos, que se formaron hace millones de años.

La idea, en esencia, es que si dos cuásares en lados opuestos del cielo están suficientemente distantes uno del otro, habrían estado fuera de contacto causal desde el Big Bang, hace unos 14.000 millones de años, sin medios posibles de cualquier tercera parte de comunicarse con los dos desde el inicio del universo: un escenario ideal para la determinación de los parámetros de cada detector de partículas.

Como lo explica Kaiser, el experimento sería algo como esto: Una configuración de laboratorio consistiría en un generador de partículas, tal como un átomo radiactivo que escupe pares de partículas entrelazadas. Un detector mide una propiedad de la partícula A, mientras que otro detector hace lo mismo con la partícula B. Una fracción de segundo después de que se generan las partículas, pero justo antes de que se programen los detectores, los científicos usaría observaciones telescópicas de cuásares distantes para determinar qué propiedad medirá cada detector de su partícula respectiva. En otras palabras, el cuásar A determina la configuración para detectar la partícula A, y el cuásar B establece al detector de la partícula B.

Los investigadores razonan que como el ajuste de cada detector es determinado por fuentes que no han tenido comunicación o historia compartida desde el comienzo del universo, sería prácticamente imposible que estos detectores a «conspiren» con nada en su pasado común para dar una medida sesgada, por lo que la configuración experimental podría cerrar la laguna de «libre albedrío» de la ley. Si, después de múltiples mediciones con este montaje experimental, los científicos encontraran que las mediciones de las partículas se correlacionan más de lo que preven las leyes de la física clásica, dice Kaiser, entonces el universo tal como lo vemos debe basarse, en cambio, en la mecánica cuántica.

«Creo que es justo decir que esta [laguna] es la frontera final, lógicamente, que se interpone entre esta enormemente impresionante evidencia experimental acumulada y la interpretación de esta evidencia diciendo que el mundo está gobernado por la mecánica cuántica», dice Kaiser.

Ahora que los investigadores han presentado un diseño experimental, esperan que otros realizarán los experimentos reales, utilizando observaciones de cuásares distantes.

«Al principio, no sabíamos si nuestra configuración requeriría constelaciones de satélites espaciales futuristas, o telescopios de 1.000 metros en el lado oscuro de la Luna», dice Friedman. «Así que nos quedamos encantados, naturalmente, cuando descubrimos que, para nuestra sorpresa, nuestro experimento era factible en el mundo real con la tecnología actual, y lo suficientemente interesante para nuestros colaboradores experimentalistas que realmente quieren hacer que se realice en los próximos años.»

Añade Kaiser, «Lo hemos dicho: ‘Vamos a ir a por todo… vamos a utilizar la historia del cosmos desde el Big Bang, maldito sea’. Y es muy emocionante que en realidad sea factible».

La imagen en la parte superior de la página muestra a 3C 273, uno de los cuásares más luminosos que se conoce, situado en la constelación de Virgo. Fue el primer cuásar que se identificó.

Fuente: The Daily Galaxy. Aportado por Eduardo J. Carletti

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