Un equipo de físicos produce experimentalmente superposiciones cuánticas, usando simplemente un espejo.
De pié delante de un espejo, podemos distinguirnos fácilmente de nuestra imagen especular. El espejo no afecta a nuestro movimiento de ninguna forma. Para partículas cuánticas, esto resulta mucho más complicado. En un espectacular experimento en los laboratorios de la Universidad deHeidelgerg, un grupo de físicos de la universidad de Heidelberg, junto a colegas de la Universidad de Munich y de la Universidad de Viena extendieron un experimento mental de Einstein y consiguieron difuminar la distinción entre una partícula y su imagen especular. Los resultados de este experimento han sido publicados en la revista
Nature Physics.
Luz Emitida, Átomo En Retroceso.
Cuando un átomo emite luz, en la forma de un fotón, en una dirección particular, sufre un retroceso en la dirección opuesta. Si se mide el fotón, el movimiento del átomo también es conocido [con los límites de la indeterminación de Heisenberg pero sí] Los científicos colocaron átomos muy cerca de un espejo. En este caso, hay dos posibles caminos para cualquier fotón viajando hacia el observador: podría haber sido emitido directamente en la dirección del observador, o podría haber viajado en la dirección opuesta y entonces haberse reflejado en el espejo. Si no hay manera de distinguir entre estos dos escenarios, el movimiento del átomo entonces no está determinado, el átomo se mueve en una superposición de ambos caminos.
"Si la distancia entre el átomo y el espejo es muy pequeña, es físicamente imposible distinguir entre estos dos caminos," Explica Jiri Tomkovic, estudiante de Doctorado en la Universidad de heidelberg. La partícula y su imagen especular ya no pueden estar claramente separadas. El átomo se mueve hacia el espejo y alejándose del mismo al mismo tiempo. Esto puede sonar paradójico, y ciertamente es imposible en mecánica clásica para objetos macroscópicos, pero en física cuántica, este tipo de superposiciones son un fenómeno bien conocido. "Esta indeterminación acerca del estado del átomo no significa que su medida carezca de precisión", enfatiza Jörg Schmiedmayer, de la Universidad de Viena. "Es una propiedad fundamental de la física cuántica: La partícula está en ambos posibles estados simultáneamente, está en superposición." En el experimento, los dos posibles estados de movimiento del átomo, uno hacia el espejo y el otro alejándose del mismo, son combinados usando la difracción de Bragg producida por una red de difracción hecha con láser. Observando la interferencia, se puede mostrar directamente que el átomo verdaderamente ha viajado por ambos caminos a la vez.
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Esto nos recuerda al famoso experimento de la doble rendija, en el cuál una partícula llega a una lámina con dos rendijas y pasa a través de ambas simultáneamente, debido a sus propiedades de dualidad de onda-partícula. Einstein ya había argumentado de que esto solo podría ser posible si no hay forma de determinar qué camino es el que la partícula realmente escoge, ni siquiera medidas precisas de un pequeño retroceso de la lámina con las dos rendijas. Tan pronto como exista una forma teóricamente posible de determinar el camino de la partícula, la superposición cuántica se destruye. "En nuestro caso, los fotones juegan un papel similar al de la doble rendija", explica Markus Oberthaler, de la Universidad de Heidelberg. "Si la luz puede, en principio, darnos información acerca del movimiento del átomo, entonces el movimiento está determinado sin ambigüedad. Solo cuando sea fundamentalmente indecidible, el átomo puede estar en un estado de superposición, combinando ambas posibilidades." Y esta indecibilidad es garantizada por el espejo, el cual absorbe el momento del fotón.
Efecto Cuántico - Usando Solo Un Espejo
Probar bajo qué condiciones tales superposiciones cuánticas pueden ser creadas se ha convertido en un tema de mucha importancia en física cuántica. Jörg Schmiedmayer y Markus Obertaler ya habían ideado el experimento hacía unos pocos años. "Lo fascinante del experimento", dicen los científicos, "es la posibilidad de crear estados de superposición cuántica, usando solo un espejo, sin ningún campo externo." De una forma muy simple y natural, la distinción entre partícula y su imagen especular se difumina, sin complicadas operaciones realizadas por el experimentador.
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