F\u00edsicos encuentran una laguna en el principio de incertidumbre de Heisenberg sin romperlo. En la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, las part\u00edculas no tienen propiedades fijas como los objetos cotidianos. En cambio, existen en un abanico de posibilidades hasta que se miden. Y cuando se miden ciertas propiedades, otras se vuelven inciertas. Seg\u00fan la incertidumbre de Heisenberg, no es posible conocer la posici\u00f3n exacta de una part\u00edcula y su momento exacto al mismo tiempo.<\/p>\n\n\n\n
Pero un nuevo estudio ha mostrado una ingeniosa escapatoria a esta restricci\u00f3n. F\u00edsicos australianos han demostrado que, al centrarse en diferentes cantidades, conocidas como observables modulares, pueden medir simult\u00e1neamente la posici\u00f3n y el momento.<\/p>\n\n\n\n
“No se puede violar el principio de incertidumbre de Heisenberg”, declar\u00f3 a Live Science Christophe Valahu, f\u00edsico de la Universidad de S\u00eddney y autor principal del estudio. “Lo que hacemos es desplazar la incertidumbre. Descartamos informaci\u00f3n que no necesitamos para poder medir lo que s\u00ed nos importa con mucha mayor precisi\u00f3n”. La clave para Valahu y su equipo resid\u00eda en, en lugar de medir el momento y la posici\u00f3n directamente, medir el momento y la posici\u00f3n modulares, que capturan los desplazamientos relativos de estas magnitudes dentro de una escala fija, en lugar de sus valores absolutos.<\/p>\n\n\n\n
\u201cImagina que tienes una regla. Si s\u00f3lo mides la posici\u00f3n de algo, lees cu\u00e1ntos cent\u00edmetros hay hacia adentro y cu\u00e1ntos mil\u00edmetros hacia afuera\u201d, dijo Valahu. \u201cPero en una medici\u00f3n modular, no importa en qu\u00e9 cent\u00edmetro te encuentras. Solo importa cu\u00e1ntos mil\u00edmetros te separan de la \u00faltima marca. Se descarta la ubicaci\u00f3n general y solo se registran los peque\u00f1os desplazamientos\u201d.<\/p>\n\n\n\n
Valahu explic\u00f3 que este tipo de medici\u00f3n es importante en la detecci\u00f3n cu\u00e1ntica porque el objetivo suele ser detectar desplazamientos min\u00fasculos causados \u200b\u200bpor fuerzas o campos d\u00e9biles. La detecci\u00f3n cu\u00e1ntica se utiliza para captar se\u00f1ales que los instrumentos ordinarios suelen pasar por alto. Ese nivel de precisi\u00f3n podr\u00eda alg\u00fan d\u00eda hacer que nuestras herramientas de navegaci\u00f3n sean m\u00e1s fiables y nuestros relojes a\u00fan m\u00e1s precisos. En el laboratorio, el equipo se centr\u00f3 en un solo ion atrapado: un \u00e1tomo solitario con carga, mantenido en su lugar por campos electromagn\u00e9ticos. Utilizaron l\u00e1seres sintonizados para persuadir al ion a adoptar un patr\u00f3n cu\u00e1ntico denominado estado de cuadr\u00edcula.<\/p>\n\n\n\n
En un estado de cuadr\u00edcula, la funci\u00f3n de onda del ion se distribuye en una serie de picos uniformemente espaciados, como las marcas de una regla. La incertidumbre se concentra en los espacios entre las marcas. Los investigadores utilizaron los picos como puntos de referencia: cuando una peque\u00f1a fuerza empuja al ion, todo el patr\u00f3n de cuadr\u00edcula se desplaza ligeramente. Un peque\u00f1o desplazamiento lateral de los picos se manifiesta como un cambio de posici\u00f3n, mientras que una inclinaci\u00f3n en el patr\u00f3n de cuadr\u00edcula refleja un cambio de momento.<\/p>\n\n\n\n
Dado que la medici\u00f3n solo considera los cambios relativos a los picos, tanto los cambios de posici\u00f3n como de momento pueden leerse simult\u00e1neamente. Aqu\u00ed es donde entra en juego la fuerza. En f\u00edsica, una fuerza es lo que provoca que el momento cambie con el tiempo y la posici\u00f3n. Observando c\u00f3mo se mov\u00eda el patr\u00f3n de cuadr\u00edcula, los investigadores midieron el peque\u00f1o empuje que act\u00faa sobre el ion. La fuerza de aproximadamente 10 yoctonewtons (10\u207b\u00b2\u00b3 newtons) no es un r\u00e9cord mundial. “Se ha superado en aproximadamente dos \u00f3rdenes de magnitud, pero se utilizan cristales enormes en experimentos muy grandes y costosos”, declar\u00f3 Valahu a Live Science. “Estamos entusiasmados porque podemos obtener sensibilidades realmente buenas utilizando un solo \u00e1tomo en una trampa que no es tan compleja y, en cierta medida, escalable”.<\/p>\n\n\n\n
Aunque la fuerza alcanzada no es la m\u00e1s baja, demuestra que los cient\u00edficos pueden lograr sensibilidades muy extremas con configuraciones muy b\u00e1sicas. La capacidad de detectar cambios min\u00fasculos tiene amplias implicaciones en la ciencia y la tecnolog\u00eda. Los sensores cu\u00e1nticos ultraprecisos podr\u00edan mejorar la navegaci\u00f3n en lugares donde el GPS no llega, como bajo el agua, bajo tierra o en el espacio. Tambi\u00e9n podr\u00edan mejorar la imagenolog\u00eda biol\u00f3gica y m\u00e9dica.<\/p>\n\n\n\n
“Al igual que los relojes at\u00f3micos revolucionaron la navegaci\u00f3n y las telecomunicaciones, los sensores cu\u00e1nticos mejorados con una sensibilidad extrema podr\u00edan abrir la puerta a industrias completamente nuevas”, declar\u00f3 Valahu.<\/p>\n\n\n\n