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Artículo publicado por Kurt Kleiner el 19 de febrero de 2016 en CIFAR

Una nueva investigación demuestra que puede asimilarse el comportamiento de las partículas, a nivel cuántico, a bolas de billar que se deslizan por una mesa, y no como los simples borrones probabilísticos que sugiere la interpretación estándar de la mecánica cuántica. Pero hay una pega – los caminos que siguen las partículas no siempre se comportan como se esperaría a partir de unas trayectorias “realistas”, sino que a menudo se comportan de un modo conocido como “surrealista”.

Mecánica Cuántica

Mecánica cuántica Crédito: Shutterstock

En una nueva versión de un antiguo experimento, Aephraim Steinberg de CIFAR (Universidad de Toronto) y sus colegas, registraron las trayectorias de fotones cuando las partículas seguían un camino a través de una de entre dos rendijas abiertas sobre una pantalla. Pero los investigadores fueron más allá, y observaron la influencia “no local” de otro fotón con el cual se había entrelazado el fotón inicial.

El resultado replica a las viejas críticas de una interpretación de la mecánica cuántica conocida como teoría de De Broglie-Bohm. Los detractores de esta interpretación no la aceptan por no lograr explicar el comportamiento de fotones entrelazados de una forma realista. Para Steinberg, los resultados son importantes debido a que nos dan una forma de visualizar la mecánica cuántica que es tan válida como la interpretación estándar y, tal vez, más intuitiva.

“No estoy tan interesado en centrarme en la cuestión filosófica de qué es la  ‘realidad’. Creo que la cuestión más provechosa es más cotidiana. En lugar de pensar sobre las distintas interpretaciones metafísicas, lo expresaría en términos de tener diferentes descripciones, y esto puede ser útil. Puede ayudar a dar forma de un mejor modo a las intuiciones”.

En juego está qué es la “realidad” a nivel cuántico. El principio de incertidumbre nos dice que nunca podemos conocer con total certeza la posición y momento de una partícula. Y cuando interactuamos con un sistema cuántico, por ejemplo al medirlo, perturbamos el sistema. Por tanto, si disparamos un protón a una pantalla y queremos saber dónde impactará, nunca sabremos con exactitud el punto, ni el camino que seguirá para llegar allí.

La interpretación estándar de la mecánica cuántica mantiene que esta incertidumbre implica que no existe una trayectoria “real” entre la fuente de luz y la pantalla. La mejor aproximación que podemos hacer es calcular la función de onda, que muestra las posibilidades de que un fotón se encuentre en un lugar en un momento dado, pero no nos dirá dónde hasta que no hagamos la medida.

Otra interpretación, conocida como la teoría de De Broglie-Bohm, expone que los fotones tienen trayectorias reales que están guiadas por una “onda piloto” que acompaña a la partícula. La onda aún es probabilística, pero la partícula toma una trayectoria real desde la fuente al destino. No implica simplemente el “colapso” en una posición concreta una vez que se mide.

En 2011 Steinberg y sus colegas demostraron que podían seguir las trayectorias de los fotones sometiendo a muchas partículas idénticas a medidas tan débiles que apenas se veían perturbadas, y luego promediando la información. Este método demostró que las trayectorias tenían un aspecto similar a las clásicas – es decir, una especie de bolas flotando por el aire.

Pero los críticos habían señalado un problema con este punto de vista. La mecánica cuántica también nos dice que dos partículas pueden estar entrelazadas, de forma que una medida sobre una de ellas afecta a la otra. Los críticos se quejaron de que, en ciertos casos, una medida sobre una partícula llevaría a una predicción incorrecta de la trayectoria de la partícula entrelazada. Acuñaron el término “trayectoria surrealista” para describirlas.

En el último trabajo, Steinberg y sus colegas demostraron que el surrealismo es consecuencia de la no localidad – el hecho de que las partículas pudiesen influir sobre otras de forma instantánea a distancia. De hecho, las predicciones “incorrectas” de las trayectorias de los fotones entrelazados realmente eran una consecuencia de dónde se realizada la medida del fotón entrelazado. Si se consideraban ambas partículas como un todo, las medidas tenían sentido y eran consistentes con las trayectorias reales.

Steinberg apunta que tanto la interpretación estándar de la mecánica cuántica, como la interpretación de De Broglie-Bohm, son consistentes con las pruebas experimentales, y son matemáticamente equivalentes. Pero es de ayuda, en algunas circunstancias, visualizar trayectorias reales en lugar de funciones de onda que colapsan, señala.

El artículo, “Experimental Nonlocal and Surreal Bohmian Trajectories”, se publicó en línea el 19 de febrero en la revista Science Advances.

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