Durante mucho tiempo, se creyó que las leyes de la mecánica cuántica solo se aplicaban a objetos diminutos como los fotones. Sin embargo, los físicos han demostrado que los cuerpos muy grandes (según los estándares del mundo molecular) pueden obedecer estas reglas.
Probablemente hayas escuchado más de una vez sobre el experimento mental que una vez fue formulado por el físico austriaco Erwin Schrödinger, el mismo con un gato, una caja y un isótopo radiactivo. Según las condiciones experimentales, un gato puede estar simultáneamente muerto y no muerto, es decir, se encuentra en un estado de una especie de incertidumbre cuántica: "superposición". Bueno, los científicos no pusieron gatos en cajas, simplemente realizaron el mismo experimento con una molécula enorme de 2000 átomos.
La superposición cuántica se ha probado innumerables veces en sistemas pequeños, y los físicos han demostrado con éxito que las partículas individuales pueden estar en dos lugares al mismo tiempo. Pero a una escala similar, este tipo de experimento nunca se había hecho antes.
Este experimento permite a los investigadores refinar las hipótesis de la mecánica cuántica y comprender mejor cómo funciona realmente esta misteriosa rama de la física, así como cómo las leyes de la mecánica cuántica se combinan con las leyes más tradicionales y de mayor escala de la física clásica. "Nuestros resultados muestran una excelente concordancia con la teoría cuántica y no se pueden explicar en términos de la física clásica", argumentan los investigadores en su artículo.
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En particular, la nueva investigación incluye la ecuación de Schrödinger, que describe cómo incluso las partículas individuales pueden comportarse como ondas y aparecer en varios lugares al mismo tiempo. La forma más fácil de describir su interacción es como ondas en un estanque al que arrojas varias piedras a la vez.
Para probar su hipótesis, los científicos establecieron un experimento con dos rendijas, una experiencia bien conocida por los físicos cuánticos. Suele consistir en proyectar partículas individuales de luz (fotones) a través de dos rendijas. Si los fotones actuaran simplemente como partículas, la proyección de luz resultante hacia el otro lado mostraría solo una franja. Pero en realidad, la luz proyectada en el otro lado muestra un patrón de interferencia: muchas bandas que interactúan como ondas. Como puede ver, la prueba ni siquiera requiere hardware súper sensible.
Esquema de experimentación.
Nos parece que los fotones están en dos lugares al mismo tiempo, como el gato de Schrödinger. Pero, como mucha gente sabe, un gato está en dos estados hasta que tiene un observador externo. Cuando se abre la caja, el estado del gato se vuelve seguro: está vivo o muerto.
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Lo mismo ocurre con los fotones. Tan pronto como una persona mide u observa directamente la luz, la superposición desaparece y el estado del fotón se fija. Este es uno de los principales misterios en el corazón de toda la mecánica cuántica.
Los investigadores repitieron el experimento con dos rendijas, pero en lugar de usar fotones, usaron electrones, átomos y moléculas pequeñas. ¡Pero ahora los físicos han demostrado que las moléculas enormes obedecen a las mismas reglas! El equipo utilizó enormes conjuntos de átomos formados por 2.000 "partes" para crear patrones de interferencia cuántica como si se comportaran como ondas y estuvieran en más de un lugar al mismo tiempo.
Estas moléculas colosales se conocen como "oligoterafenilporfirinas enriquecidas en cadenas de fluoroalquilsulfanilo", y algunas de ellas tenían 25.000 veces la masa de los átomos de hidrógeno. Pero a medida que las moléculas aumentan de tamaño, también se vuelven menos estables, razón por la cual los científicos solo han podido interferir con ellas durante siete milisegundos a la vez utilizando un equipo recientemente desarrollado: un interferómetro de materia ondulatoria. Incluso había que tener en cuenta factores como la rotación de la Tierra y la atracción gravitacional de los propios átomos. Bueno, el trabajo valió la pena.
Ahora sabemos que las reglas de la mecánica cuántica se aplican no solo a objetos diminutos como los fotones, sino también a cuerpos mucho más grandes. El registro anterior era una molécula de solo 800 átomos; se creía que este es el límite después del cual, en lugar de las leyes de la física cuántica, comienzan a operar las leyes de la física clásica. Pero este no es el final: el equipo confía en que muy pronto podrá batir un nuevo récord.
Vasily Makarov
