Cient\u00edficos en China han realizado un experimento propuesto por primera vez por Albert Einstein hace casi un siglo, cuando buscaba refutar el principio de complementariedad de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, propuesto por Niels Bohr y su escuela de f\u00edsicos. Bohr afirmaba que existen propiedades de las part\u00edculas que no pueden medirse simult\u00e1neamente. El nuevo resultado respalda una vez m\u00e1s a la escuela de Copenhague, con el potencial de arrojar luz sobre otras cuestiones menos resueltas de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica.<\/p>\n\n\n\n
Cuando se encontraban en congresos de f\u00edsica, a Albert Einstein y Niels Bohr les gustaba relajarse y debatir sobre mec\u00e1nica cu\u00e1ntica. Einstein, siempre esc\u00e9ptico respecto a la visi\u00f3n est\u00e1ndar de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica que se estaba desarrollando entonces, sol\u00eda afirmar que hab\u00eda encontrado lagunas e inconsistencias en la interpretaci\u00f3n de Bohr, y Bohr siempre estaba dispuesto a aceptar el desaf\u00edo.<\/p>\n\n\n\n
En la conferencia Solvay de 1927 en Bruselas, los dos Premios Nobel mantuvieron quiz\u00e1s su di\u00e1logo m\u00e1s famoso, con la famosa declaraci\u00f3n de Einstein: “Dios no juega a los dados con el universo”. En particular, Einstein propuso un experimento que, seg\u00fan \u00e9l, revelar\u00eda la contradicci\u00f3n esencial del\u00a0principio de complementariedad<\/a>, que sosten\u00eda que pares de propiedades de part\u00edculas, como la posici\u00f3n y el momento, y la frecuencia y la duraci\u00f3n, no pueden medirse simult\u00e1neamente. La complementariedad sustenta los conceptos de dualidad onda-part\u00edcula y el principio de incertidumbre de Heisenberg.<\/p>\n\n\n\n Einstein imagin\u00f3 un experimento con dos rendijas estrechas alineadas horizontalmente. Con s\u00f3lo eso, las part\u00edculas dirigidas a las rendijas mostrar\u00edan franjas de interferencia en una pantalla situada detr\u00e1s de ellas; este es el experimento est\u00e1ndar de doble rendija descrito por primera vez para la luz por Thomas Young en 1801 y realizado para los electrones en 1927, demostrando su naturaleza ondulatoria.<\/p>\n\n\n\n En una extensi\u00f3n de este experimento, Einstein propuso que las part\u00edculas pasaran primero por una \u00fanica rendija, tambi\u00e9n alineada horizontalmente. Esta \u00fanica rendija deb\u00eda estar sujeta por arriba y por abajo mediante resortes sensibles al momento.<\/p>\n\n\n\n As\u00ed, las part\u00edculas que se dirig\u00edan hacia la parte superior de las dos rendijas posteriores impactar\u00edan un momento descendente en la rendija \u00fanica al retroceder, mostrando su naturaleza de part\u00edcula. Pero despu\u00e9s de las rendijas dobles y el patr\u00f3n de interferencia resultante, se revelar\u00eda la naturaleza ondulatoria de las part\u00edculas. Sin embargo, tales franjas, seg\u00fan Einstein, contradecir\u00edan el principio de complementariedad. Bohr discrep\u00f3.<\/p>\n\n\n\n El experimento realizado por Jian-Wei Pan de la Universidad de Ciencia y Tecnolog\u00eda de China y sus colegas respald\u00f3 la posici\u00f3n de Bohr; su art\u00edculo ha sido\u00a0publicado<\/a>\u00a0en\u00a0Physical Review Letters. El argumento de Bohr era que, seg\u00fan el principio de incertidumbre, medir con precisi\u00f3n el momento de la part\u00edcula dejar\u00eda una gran incertidumbre en su posici\u00f3n, lo que resultar\u00eda en una difuminaci\u00f3n de las franjas de interferencia. Esto es precisamente lo que se ha observado en la nueva investigaci\u00f3n. En el experimento de Pan y sus colegas, la part\u00edcula era un fot\u00f3n, la part\u00edcula cu\u00e1ntica de luz, y quien actuaba como rendija \u00fanica era un \u00fanico\u00a0\u00e1tomo de rubidio (Rb)<\/a>\u00a0atrapado en su lugar mediante una\u00a0pinza \u00f3ptica<\/a>.<\/p>\n\n\n\n El \u00e1tomo se enfri\u00f3 hasta alcanzar su estado fundamental en su potencial arm\u00f3nico<\/a>\u00a0tridimensional. En su dise\u00f1o experimental, este \u00e1tomo \u00fanico act\u00faa como un\u00a0divisor de haz ultraligero<\/a>, con su momento\u00a0entrelazado<\/a>\u00a0con el\u00a0momento del fot\u00f3n entrante<\/a>\u00a0y la incertidumbre de su momento reducida a la de un solo fot\u00f3n. La variaci\u00f3n de la\u00a0profundidad de la trampa<\/a>\u00a0de las\u00a0pinzas \u00f3pticas<\/a>\u00a0ajust\u00f3 din\u00e1micamente la incertidumbre del momento intr\u00ednseco del \u00e1tomo de rubidio, lo que a su vez hizo que las franjas fueran m\u00e1s o menos borrosas, de acuerdo con el principio de complementariedad y la predicci\u00f3n de Bohr.<\/p>\n\n\n\n Una complicaci\u00f3n fue el calentamiento del \u00e1tomo, causado por las derivas de frecuencia en los l\u00e1seres enfocados que formaban la trampa. Estas \u00faltimas aumentaban y disminu\u00edan la profundidad de la pinza, dispersando los fotones entrantes. El equipo pudo calibrar el efecto del\u00a0calentamiento del \u00e1tomo<\/a>\u00a0extrayendo la\u00a0temperatura residual<\/a>\u00a0mediante espectroscopia Raman de barrido en tiempo real.<\/p>\n\n\n\n La espectroscopia Raman utiliza luz l\u00e1ser para analizar vibraciones moleculares. La luz l\u00e1ser de una sola longitud de onda se dirige a una muestra. Si bien la mayor parte de la luz se dispersa el\u00e1sticamente, sin cambios de energ\u00eda, una peque\u00f1a fracci\u00f3n se dispersa inel\u00e1sticamente y el cambio de frecuencia (energ\u00eda) revela la presencia de enlaces qu\u00edmicos, composici\u00f3n e interacciones moleculares.<\/p>\n\n\n\n La relaci\u00f3n entre la frecuencia m\u00e1s alta y la m\u00e1s baja es directamente proporcional a la poblaci\u00f3n t\u00e9rmica de los modos vibracionales del \u00e1tomo, que siguen una\u00a0distribuci\u00f3n de Bose-Einstein<\/a>. De esta manera, se pudo extraer la temperatura del \u00e1tomo.<\/p>\n\n\n\n Desde un punto de vista moderno, escriben los autores, “la visibilidad de la interferencia de Einstein-Bohr est\u00e1 determinada por el grado de entrelazamiento cu\u00e1ntico en el grado de libertad del momento entre el fot\u00f3n y la rendija”.<\/p>\n\n\n\n Tambi\u00e9n investigaron la diferencia entre el\u00a0l\u00edmite cu\u00e1ntico<\/a>\u00a0y el calentamiento cl\u00e1sico de los estados de movimiento del \u00e1tomo, lo que permite la observaci\u00f3n de las transiciones cu\u00e1nticas a cl\u00e1sicas. Si bien el principio de complementariedad de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica ha sido corroborado experimentalmente desde hace tiempo, comprender y resolver un antiguo y famoso debate basado en un experimento mental siempre es digno de menci\u00f3n. El equipo ahora prev\u00e9 utilizar\u00a0la tomograf\u00eda de estados cu\u00e1nticos<\/a>\u00a0para determinar el estado cu\u00e1ntico de la rendija cu\u00e1ntica, investigando directamente el entrelazamiento. Asimismo, el aumento gradual de la masa de la rendija permitir\u00e1 investigar la interacci\u00f3n entre\u00a0la decoherencia<\/a>\u00a0y el entrelazamiento.<\/p>\n\n\n\n