¿Qué hacen las partículas subatómicas cuando nadie las ve?
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Un equipo de investigadores de la Universidad de Cambridge ha conseguido hacer algo que hasta ahora se consideraba imposible: saber qué hacen las partículas subatómicas cuando nadie las está observando.
En un artículo publicado en Physical Review, los físicos de Cambridge han conseguido demostrar, en efecto, que el modo en que las partículas interactúan con su entorno deja en ellas una «huella» que puede ser rastreada a posteriori en laboratorio, en el momento de la observación.
Una de las ideas fundamentales de la Física Cuántica es la «dualidad» de las partículas subatómicas, según la cual éstas pueden existir tanto en forma de onda como de partícula propiamente dicha, pero cuya naturaleza no se desvela hasta el mismo instante de la observación. Esa es, precisamente, la premisa que Erwin Schrödinger ilustró en 1935 con su famoso experimento del gato dentro de una caja. Hasta que no se abra la caja, en efecto, el gato tiene las mismas posibilidades de estar vivo que muerto. En otras palabras, se encuentra en un estado indeterminado entre la vida y la muerte, que no puede resolverse hasta que alguien, efectivamente, abra la caja para mirar dentro. Antes del momento de la observación, nadie puede decir a ciencia cierta si el gato está sano o si, por el contrario, ha pasado a mejor vida.
«Esta premisa -explica David Arvidsson-Shukur, del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge- conocida como función de onda, se ha usado más como una herramienta matemática que como una representación de partículas cuánticas reales. Y es por eso que asumimos el desafío de crear una forma de rastrear los movimientos secretos de las partículas cuánticas«.
Los investigadores partieron de la idea de que cualquier partícula no puede, en ningún momento, dejar de interactuar con su entorno, y que esa interacción la irá «marcando» a lo largo de su recorrido. De esta forma, Arvidsson-Shukur y su equipo idearon un método para que los científicos pudieran «mapear» esas interacciones a posteriori y sin necesidad de estar observando las partículas continuamente. La técnica, pensaron los investigadores, sería muy útil para los científicos que realizan mediciones al final de un experimento, pero que desearían saber qué movimientos han seguido las partículas durante todo el experimento, y no solo en el instante de la observación.
Alice y Bob se dicen cosas
Algunos investigadores de física cuántica han llegado a sugerir que la información es capaz de fluir entre dos sujetos (que en la literatura científica reciben los nombres de Alice y Bob), sin necesidad de que ninguna partícula viaje entre ellas. Es decir, de una forma que podríamos definir como teleptía. Esto se ha denominado «comunicación contrafactual» porque va en contra del hecho (facto) aceptado de que para que la información se transmita entre dos fuentes, las partículas deben moverse entre ellas.
«Para medir el fenómeno de la comunicación contrafactual – afirma Arvidsson-Shukur- necesitábamos una forma de precisar dónde están las partículas que fluyen entre Alice y Bob cuando no estamos mirando. Y nuestro método de ‘etiquetado’ puede hacer precisamente eso. Además, con él podremos verificar también antiguas predicciones de la mecánica cuántica, como por ejemplo que las partículas pueden existir en diferentes lugares al mismo tiempo «.
Los fundadores de la física moderna, en efecto, idearon todo tipo de fórmulas para calcular las probabilidades para los diferentes resultados posibles en los experimentos cuánticos. Pero ninguno de ellos facilitó una explicación sobre lo que hace una partícula cuando nadie la observa.
En dos lugares a la vez
Experimentos anteriores han sugerido que, lejos de nuestra vista, las partículas podrían hacer cosas «no clásicas» cuando nadie las ve, como por ejemplo existir en dos lugares al mismo tiempo. Pero en su artículo, los investigadores de Cambridge consideraron el hecho de que cualquier partícula que viaje a través del espacio no puede dejar de interactuar con su entorno. Y esas interacciones son, precisamente, lo que ellos denominan «etiquetado». Las interacciones, de hecho, codifican información en las partículas que luego, al final de un experimento, pueden decodificarse.
Los investigadores, además, se dieron cuenta de que dicha información está directamente relacionada con la función de onda postulada por Schrödinger hace ya casi un siglo. Hasta ahora se pensaba que la función de onda no era más que una herramienta computacional abstracta para predecir los resultados de los experimentos cuánticos. Algo que, para los físicos de Cambridge, está muy lejos de la realidad.
«Nuestros resultados -afirma Arvidsson-Shukur- sugieren que la función de onda está estrechamente relacionada con el estado de las partículas en un momento dado. Por lo tanto, con nuestro trabajo hemos sido capaces de explorar el ‘dominio prohibido’ de la mecánica cuántica: conocer el camino de las partículas cuánticas cuando nadie las está observando».