En nuestro mundo cl\u00e1sico cotidiano, lo que ves es lo que obtienes. Una pelota es simplemente una pelota y, cuando se lanza por el aire, su trayectoria es directa y clara. Pero si esa bola se redujera al tama\u00f1o de un \u00e1tomo o menos, su comportamiento cambiar\u00eda a una realidad cu\u00e1ntica y difusa. La bola existir\u00eda no s\u00f3lo como una part\u00edcula f\u00edsica sino tambi\u00e9n como una onda de posibles estados de part\u00edculas. Y esta dualidad onda-part\u00edcula puede dar lugar a algunos fen\u00f3menos extra\u00f1os y furtivos.<\/p>\n
Una de las perspectivas m\u00e1s extra\u00f1as proviene de un experimento mental conocido como el \u201cprobador de bombas cu\u00e1nticas\u201d. El experimento propone que una part\u00edcula cu\u00e1ntica, como un fot\u00f3n, podr\u00eda actuar como una especie de detector de bombas telequin\u00e9tico. Gracias a sus propiedades como part\u00edcula y onda, el fot\u00f3n podr\u00eda, en teor\u00eda, sentir la presencia de una bomba sin interactuar f\u00edsicamente con ella.<\/p>\n Cr\u00e9dito: Cortes\u00eda de los investigadores.<\/p>\n<\/figcaption><\/figure>\n El concepto es matem\u00e1ticamente v\u00e1lido y est\u00e1 en l\u00ednea con lo que permiten las ecuaciones que rigen la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica. Pero cuando se trata de explicar exactamente c\u00f3mo una part\u00edcula lograr\u00eda tal haza\u00f1a de detectar bombas, los f\u00edsicos quedan perplejos. El enigma radica en el estado inherentemente cambiante, intermedio e indefinible de una part\u00edcula cu\u00e1ntica. En otras palabras, los cient\u00edficos s\u00f3lo tienen que confiar en que funciona.<\/p>\n Pero los matem\u00e1ticos del MIT esperan disipar parte del misterio y, en \u00faltima instancia, establecer una imagen m\u00e1s concreta de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica. Ahora han demostrado que pueden recrear un an\u00e1logo del probador de bombas cu\u00e1nticas y generar el comportamiento que predice el experimento. Lo han hecho no en un entorno ex\u00f3tico, microsc\u00f3pico y cu\u00e1ntico, sino en una configuraci\u00f3n de mesa cl\u00e1sica y aparentemente mundana.<\/p>\n En un art\u00edculo que aparece hoy en Revisi\u00f3n f\u00edsica A<\/em>El equipo informa haber recreado el probador de bombas cu\u00e1nticas en un experimento con el estudio del rebote de gotas. El equipo descubri\u00f3 que la interacci\u00f3n de la gota con sus propias ondas es similar al comportamiento onda-part\u00edcula cu\u00e1ntica de un fot\u00f3n: cuando se deja caer en una configuraci\u00f3n similar a la propuesta en la prueba de la bomba cu\u00e1ntica, la gota se comporta exactamente de la misma manera estad\u00edstica que se predice para el fot\u00f3n. Si realmente hubiera una bomba en la instalaci\u00f3n el 50 por ciento de las veces, la gota, al igual que el fot\u00f3n, la detectar\u00eda, sin interactuar f\u00edsicamente con ella, el 25 por ciento de las veces.<\/p>\n El hecho de que las estad\u00edsticas en ambos experimentos coincidan sugiere que algo en la din\u00e1mica cl\u00e1sica de la gota puede estar en el coraz\u00f3n del comportamiento cu\u00e1ntico, de otro modo misterioso, de un fot\u00f3n. Los investigadores ven el estudio como otro puente entre dos realidades: el mundo cl\u00e1sico observable y el reino cu\u00e1ntico m\u00e1s difuso.<\/p>\n \"Aqu\u00ed tenemos un sistema cl\u00e1sico que proporciona las mismas estad\u00edsticas que surgen en la prueba de la bomba cu\u00e1ntica, que se considera una de las maravillas del mundo cu\u00e1ntico\", dice el autor del estudio John Bush, profesor de matem\u00e1ticas aplicadas en el MIT. \u201cDe hecho, descubrimos que el fen\u00f3meno no es tan maravilloso despu\u00e9s de todo. Y este es otro ejemplo de comportamiento cu\u00e1ntico que puede entenderse desde una perspectiva realista local\u201d.<\/p>\n El coautor de Bush es el ex postdoctorado del MIT Valeri Frumkin.<\/p>\n Haciendo olas<\/strong><\/p>\n Para algunos f\u00edsicos, la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica deja demasiado a la imaginaci\u00f3n y no dice lo suficiente sobre la din\u00e1mica real de la que supuestamente surgen fen\u00f3menos tan extra\u00f1os. En 1927, en un intento por cristalizar la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, el f\u00edsico Louis de Broglie present\u00f3 la teor\u00eda de la onda piloto: una idea a\u00fan controvertida que plantea que el comportamiento cu\u00e1ntico de una part\u00edcula no est\u00e1 determinado por una onda estad\u00edstica intangible de posibles estados, sino por una \"onda piloto\" f\u00edsica. \u201dOnda de creaci\u00f3n propia, que gu\u00eda a la part\u00edcula a trav\u00e9s del espacio.<\/p>\n El concepto se descart\u00f3 en gran medida hasta 2005, cuando el f\u00edsico Yves Couder descubri\u00f3 que las ondas cu\u00e1nticas de De Broglie pod\u00edan replicarse y estudiarse en un experimento cl\u00e1sico basado en fluidos. La configuraci\u00f3n implica un ba\u00f1o de fluido que vibra sutilmente hacia arriba y hacia abajo, aunque no lo suficiente como para generar ondas por s\u00ed solo. Luego se dispensa una gotita de tama\u00f1o milim\u00e9trico del mismo fluido sobre el ba\u00f1o y, a medida que rebota en la superficie, la gotita resuena con las vibraciones del ba\u00f1o, creando lo que los f\u00edsicos conocen como un campo de ondas estacionarias que \"piloto\" o empuja la gotita. a lo largo de. El efecto es el de una gota que parece caminar a lo largo de una superficie ondulada en patrones que resultan estar en l\u00ednea con la teor\u00eda de la onda piloto de De Broglie.<\/p>\n Durante los \u00faltimos 13 a\u00f1os, Bush ha trabajado para refinar y ampliar los experimentos hidrodin\u00e1micos de ondas piloto de Couder y ha utilizado con \u00e9xito la configuraci\u00f3n para observar gotas que exhiben un comportamiento emergente similar al cu\u00e1ntico, incluyendo t\u00faneles cu\u00e1nticos, difracci\u00f3n de una sola part\u00edcula y trayectorias surrealistas.<\/p>\n \"Resulta que este experimento hidrodin\u00e1mico de onda piloto exhibe muchas caracter\u00edsticas de los sistemas cu\u00e1nticos que antes se pensaba que eran imposibles de entender desde una perspectiva cl\u00e1sica\", dice Bush.<\/p>\n Bombas de distancia<\/strong><\/p>\n En su nuevo estudio, \u00e9l y Frumkin se enfrentaron al probador de bombas cu\u00e1nticas. El experimento mental comienza con un interfer\u00f3metro conceptual: esencialmente, dos corredores de la misma longitud que se ramifican desde el mismo punto de partida, luego giran y convergen, formando una configuraci\u00f3n similar a un rombo a medida que los corredores contin\u00faan, cada uno de los cuales termina en un detector respectivo.<\/p>\n Seg\u00fan la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, si se dispara un fot\u00f3n desde el punto de partida del interfer\u00f3metro, a trav\u00e9s de un divisor de haz, la part\u00edcula deber\u00eda viajar por uno de los dos corredores con la misma probabilidad. Mientras tanto, la misteriosa \u201cfunci\u00f3n de onda\u201d del fot\u00f3n, o la suma de todos sus estados posibles, viaja por ambos corredores simult\u00e1neamente. La funci\u00f3n de onda interfiere de tal manera que la part\u00edcula s\u00f3lo aparece en un detector (llam\u00e9moslo D1) y nunca en el otro (D2). Por lo tanto, el fot\u00f3n deber\u00eda detectarse en D1 el 100 por ciento del tiempo, independientemente del corredor por el que haya viajado.<\/p>\n Si hay una bomba en uno de los dos corredores, y un fot\u00f3n avanza por este corredor, como era de esperar, activa la bomba y la instalaci\u00f3n explota en pedazos, y no se detecta ning\u00fan fot\u00f3n en ninguno de los detectores. Pero si el fot\u00f3n viaja por el corredor sin la bomba, sucede algo extra\u00f1o: su funci\u00f3n de onda, al viajar por ambos corredores, se interrumpe en uno por la bomba. Como no es una part\u00edcula, la onda no hace estallar la bomba. Pero la interferencia de las ondas se modifica de tal manera que la part\u00edcula ser\u00e1 detectada con la misma probabilidad en D1 y D2. Por tanto, cualquier se\u00f1al en D2 significar\u00eda que un fot\u00f3n ha detectado la presencia de la bomba, sin interactuar f\u00edsicamente con ella. Si la bomba est\u00e1 presente el 50 por ciento del tiempo, entonces esta extra\u00f1a detecci\u00f3n de bomba cu\u00e1ntica deber\u00eda ocurrir el 25 por ciento de las veces.<\/p>\n En su nuevo estudio, Bush y Frumkin establecieron un experimento an\u00e1logo para ver si este comportamiento cu\u00e1ntico podr\u00eda surgir en las gotas cl\u00e1sicas. En un ba\u00f1o de aceite de silicona, sumergieron una estructura similar a los pasillos en forma de rombo del experimento mental. Luego, cuidadosamente dispensaron peque\u00f1as gotas de aceite en el ba\u00f1o y siguieron sus caminos. Agregaron una estructura a un lado del rombo para imitar un objeto parecido a una bomba y observaron c\u00f3mo la gota y sus patrones de onda cambiaban en respuesta.<\/p>\n Al final, descubrieron que el 25 por ciento de las veces una gota rebotaba a trav\u00e9s del corredor sin la \"bomba\", mientras que sus ondas piloto interactuaban con la estructura de la bomba de una manera que empujaba la gota lejos de la bomba. Desde esta perspectiva, la gota pudo \"sentir\" el objeto parecido a una bomba sin entrar f\u00edsicamente en contacto con \u00e9l. Si bien la gota exhibi\u00f3 un comportamiento similar al cu\u00e1ntico, el equipo pudo ver claramente que este comportamiento surgi\u00f3 de las ondas de la gota, que ayudaron f\u00edsicamente a mantener la gota alejada de la bomba. Esta din\u00e1mica, afirma el equipo, tambi\u00e9n puede ayudar a explicar el misterioso comportamiento de las part\u00edculas cu\u00e1nticas.<\/p>\n \"No s\u00f3lo las estad\u00edsticas son las mismas, sino que tambi\u00e9n conocemos la din\u00e1mica, lo cual era un misterio\", dice Frumkin. \"Y la inferencia es que una din\u00e1mica an\u00e1loga puede subyacer al comportamiento cu\u00e1ntico\".<\/p>\n \"Este sistema es el \u00fanico ejemplo que conocemos que no es cu\u00e1ntico pero comparte algunas propiedades fuertes de las part\u00edculas ondulatorias\", dice el f\u00edsico te\u00f3rico Matthieu Labousse, de ESPCI Par\u00eds, que no particip\u00f3 en el estudio. \"Es muy sorprendente que muchos ejemplos que se consideran peculiares del mundo cu\u00e1ntico puedan ser reproducidos por un sistema tan cl\u00e1sico. Esto permite comprender la barrera entre lo que es espec\u00edfico de un sistema cu\u00e1ntico y lo que no lo es. Los \u00faltimos resultados del estudio El grupo del MIT empuja la barrera muy lejos\".<\/p>\n Esta investigaci\u00f3n cuenta con el apoyo, en parte, de la Fundaci\u00f3n Nacional de Ciencias.<\/p>\n<\/p><\/div>\n![\"Animaci\u00f3n](\"https:\/\/news.mit.edu\/sites\/default\/files\/images\/inline\/quantum-bomb.gif\")