Una cuenta de vidrio en levitación demuestra que Einstein se equivocó

Se ha medido por primera vez la velocidad de una gota microscópica , lo cual contradice una centenaria afirmación de Albert Einstein. La misma tecnología que se utilizó para realizar la medición se puede usar para forzar a estas cuentas a presentar el comportamiento cuántico que se observa normalmente en los objetos subatómicos

Las partículas microscópicas en un líquido o gas son sometidas al movimiento browniano: unos nerviosos movimientos al azar que son el resultado de las colisiones con un sinnúmero de moléculas vecinas.

Albert Einstein estudió este movimiento y, en 1907, predijo que la energía cinética de una partícula microscópica —y por lo tanto el cuadrado de su velocidad—, debe ser proporcional a la temperatura en su entorno.

Pero las comprobaciones directas de esta idea, a la que se le llama teorema de equipartición, es difícil de realizar en partículas brownianas. Esto se debe a que las muchas colisiones que experimenta la partícula causan que cambie de velocidad y dirección muy rápidamente.

Atrapada por la luz

Si la posición de una partícula se puede medir con suficiente rapidez, es posible medir su velocidad antes de que las colisiones la saquen de curso. Sin embargo, Einstein predijo que las escalas de tiempo entre colisiones haría que la medición fuese «imposible».

Ahora, un equipo dirigido por Mark Raizen, de la Universidad de Texas en Austin, ha encontrado una manera de hacerlo, al menos en el aire. La densidad del aire es menor que la del agua, por lo que las colisiones son menos frecuentes y las partículas microscópicas cambian de dirección en escalas de tiempo más estensas.

Para medir la velocidad, el equipo utilizó dos rayos láser para atrapar en el aire una cuenta de vidrio del tamaño de un grano de polvo: 3 micras. Midiendo la cantidad de luz del láser deflectada por la cuenta cuando se movía, el equipo logró varias mediciones de la posición de la partícula antes de que las colisiones la desviaran de su curso. Estas mediciones de posición les permitieron obtener la velocidad en 5 microsegundos, y demostrar directamente lo que sostiene el teorema de equipartición.

Rareza cuántica

«Sin duda, es un logro importante poder medir directamente la velocidad de la partícula browniana en estos cortos tiempos», dice Christoph Schmidt de la Universidad de Göttingen en Alemania. «Técnicamente se está haciendo posible rastrear partículas individuales con muy alta resolución temporal y espacial, con sólo la limitación final de cuántos fotones por segundo pueden llegar a interactuar con la partícula».

A largo plazo, dice Raizen, espera utilizar láseres para ayudar a contrarrestar el movimiento de la partícula, frenándola de modo que ocupe su estado más bajo de energía. Esto permitiría que el equipo estudie la cuenta en un régimen en el que los efectos cuánticos se vuelven dominantes.

Este sistema se podría usar para estudiar un objeto bastante grande que presente «superposición«, en la que un solo objeto puede estar en varios estados o lugares al mismo tiempo. También deberían aparecer desviaciones del teorema de equipartición, ya que los objetos gobernados por la mecánica cuántica tienen algo de energía cinética, incluso si su temperatura es cero .

Referencia de punlicación Science (10.1126/science.1189403)

Fuente: New Scientist. Aportado por Eduardo J. Carletti

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