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del Sitio Web QuantaMagazine
traducci�n de
Adela Kaufmann � � � �
Olena Shmahalo
Revista Quanta
Despu�s de que los investigadores encontraron un vac�o que los objetos qu�nticos no tienen propiedades intr�nsecas, tres grupos experimentales r�pidamente cosieron y cerraron el vac�o. El episodio cierra la puerta a muchas Teor�as de "variables ocultas".
El f�sico te�rico�John Wheeler�utiliz� una vez la frase "gran drag�n ahumado" para describir una part�cula de luz que pasa de una fuente a un contador de fotones.
El fot�n, en otras palabras, tiene una realidad definida al comienzo y al final � Pero su estado en el medio, el cuerpo del drag�n, es nebuloso.
Wheeler estaba propugnando la opini�n de que los fen�menos qu�nticos elementales no son reales hasta que son observados, una posici�n filos�fica llamada antirrealismo. � Incluso dise�� un experimento para mostrar que, si se aferra al realismo, en el que los objetos qu�nticos, como los fotones, siempre tienen propiedades intr�nsecas definidas, una posici�n que encapsula una visi�n m�s cl�sica de la realidad, entonces uno se ve obligado a admitir que�el futuro puede influenciar el pasado... � Dado el "absurdo" del�viaje en el tiempo hacia atr�s, el experimento de Wheeler se convirti� en un argumento para el antirrealismo en el nivel del quantum. � �
Rafael Chaves, un f�sico en el Instituto Internacional de F�sica, y sus colegas usaron el emergente campo del modelado causal
para encontrar un vac�o en el experimento de elecci�n retrasada de Wheeler.�
Pero en mayo,�Rafael Chaves�y sus colegas en el�Instituto Internacional de F�sica�en Natal, Brasil, encontraron un vac�o. � Mostraron que el experimento de Wheeler, dadas ciertas suposiciones, se puede explicar utilizando un modelo cl�sico que atribuye a un fot�n una naturaleza intr�nseca. �
Le
dieron al drag�n un cuerpo bien definido, pero que est� oculto del
formalismo matem�tico de la mec�nica qu�ntica est�ndar.� � Sus resultados, informados a principios de junio, han demostrado que una clase de modelos cl�sicos que defienden el realismo no puede dar sentido a los resultados. � La mec�nica qu�ntica�puede ser extra�a, pero sigue siendo, curiosamente, la explicaci�n m�s simple. � � � �
La Trampa del Drag�n Los objetos qu�nticos parecen actuar�como part�culas u ondas, pero nunca ambos al�mismo tiempo. � Esta caracter�stica de la mec�nica qu�ntica parece implicar que los objetos no tienen realidad inherente hasta que son observados.
El fen�meno se ve subrayado por un caso especial del famoso experimento de doble rendija llamado�interfer�metro Mach-Zehndee.� � En el experimento, se dispara un solo fot�n en un espejo medio plateado o un divisor de rayo.�El fot�n se refleja o se transmite con la misma probabilidad, y por lo tanto puede tomar uno de dos caminos. � En este caso, el fot�n tomar� la ruta 1 o la ruta 2, y luego pasar� al detector D1 o D2 con la misma probabilidad.�El fot�n act�a como un todo indivisible, mostr�ndonos su naturaleza de part�culas.�Pero hay un giro. � En el punto donde se cruzan la ruta 1 y la ruta 2, se puede agregar un segundo divisor de rayo, que cambia las cosas.�En esta configuraci�n, la mec�nica qu�ntica dice que el fot�n parece tomar ambos caminos a la vez, como lo har�a una onda. � Las dos ondas vuelven a juntarse en el segundo divisor de rayo. � El experimento se puede configurar para que las ondas se combinen de forma constructiva, de pico a pico, de un canal a otro, solo cuando se muevan hacia D1.�El camino hacia D2, por el contrario, representa una interferencia destructiva.�En tal configuraci�n, el fot�n siempre se encontrar� en D1 y nunca en D2. � Aqu�, el fot�n muestra su naturaleza ondulatoria. � �
Gr�fico que ilustra el experimento de elecci�n retardada�
El genio de Wheeler pregunt�:
Supongamos que el fot�n ingresa al interfer�metro sin el segundo divisor de rayo en su lugar.�Deber�a actuar como una part�cula. � Sin embargo, se puede agregar el segundo divisor de rayos en el �ltimo nanosegundo.�Tanto la teor�a como el experimento muestran que el fot�n, que hasta ese momento presumiblemente actuaba como una part�cula y habr�a ido a D1 o D2, ahora act�a como una onda y va solo a D1. �
Para
hacerlo, aparentemente ten�a que estar en ambos caminos al mismo
tiempo, no en un camino u otro.�En la forma cl�sica de pensar, es
como si el fot�n retrocediera en el tiempo y cambiara su car�cter de
una part�cula a otra.� � Su equipo quer�a explicar los aspectos contra-intuitivos de la mec�nica qu�ntica utilizando un nuevo conjunto de ideas llamado modelado causal, que ha crecido en popularidad en la �ltima d�cada, defendido por el cient�fico inform�tico�Judea Pearl�y otros. � El modelado causal implica establecer relaciones de causa y efecto entre varios elementos de un experimento. �
A
menudo cuando se estudian eventos correlacionados, ll�melos A y B,
si uno no puede decir concluyentemente que A causa B, o que B causa
A, existe la posibilidad de que un tercer evento C previamente
insospechado u "oculto" cause ambos.�En tales casos, el modelo
causal puede ayudar a descubrir a C.� � Pensaron que probar�an que el experimento de elecci�n retrasada es,
�
Gabriela Lemos, una f�sico en el Instituto Internacional de F�sica, mostr� c�mo una "variable oculta"
podr�a estar afectando los resultados del experimento.�
� La tarea result� relativamente f�cil.�Comenzaron por suponer que el fot�n, inmediatamente despu�s de haber cruzado el primer divisor de rayo, tiene un estado intr�nseco denotado por una "variable oculta". � Una variable oculta, en este contexto, es algo que est� ausente de la mec�nica qu�ntica est�ndar, pero que influye en el comportamiento del fot�n de alguna manera.�El experimentador luego elige agregar o quitar el segundo divisor de rayo. �
El
modelado causal, que proh�be el viaje en el tiempo hacia atr�s,
asegura que la elecci�n del experimentador no puede influir en el
estado intr�nseco pasado del fot�n.� �
Aqu�
hab�a una explicaci�n cl�sica, causal y realista.�Hab�an encontrado
un nuevo vac�o.�
El
siguiente paso fue descubrir c�mo modificar el experimento de
Wheeler de tal manera que pudiera distinguir entre esta teor�a
cl�sica de variables ocultas y la mec�nica qu�ntica.� �
En
cambio, dos "cambios de fase", uno cerca del comienzo del
experimento, uno hacia el final, cumplen la funci�n de diales
experimentales que el investigador puede ajustar a voluntad.� � Por ejemplo, el valor del primer cambio de fase podr�a ser tal que el fot�n act�e como una part�cula dentro del interfer�metro, pero el segundo cambio de fase podr�a forzarlo a actuar como una onda. � Los investigadores requieren que el cambio de la segunda fase se establezca despu�s del primero.
� Eso hace seis configuraciones experimentales posibles en total.�Calcularon lo que esperaban ver para cada una de estas seis configuraciones.�Aqu�, las predicciones de un modelo de variable oculto cl�sico y la mec�nica qu�ntica est�ndar difieren.�Luego construyeron una f�rmula. � La f�rmula toma como sus probabilidades de entrada calculadas a partir del n�mero de veces que los fotones aterrizan en detectores particulares (basado en el ajuste de los dos cambios de fase).�Si la f�rmula es igual a cero, el modelo causal cl�sico puede explicar las estad�sticas. �
Pero
si la ecuaci�n escupe un n�mero mayor que cero, entonces, sujeto a
algunas restricciones en la variable oculta, no hay una explicaci�n
cl�sica para el resultado del experimento.� �
Simult�neamente, dos equipos en China, uno dirigido por�Jian-Wei
Pan, un f�sico experimental de la Universidad de Ciencia y
Tecnolog�a de China (USTC) en Hefei, China, y otro de�Guang-Can
Guo, tambi�n en USTC, llevaron a cabo la experimentar.� � El grupo de Guo se adhiri� a lo b�sico, utilizando un interfer�metro Mach-Zehnder real
Pero los tres mostraron que la f�rmula es mayor que cero con una significaci�n estad�stica irrefutable.�Descartaron los modelos causales cl�sicos del tipo que pueden explicar el experimento de elecci�n retardada de Wheeler. � El vac�o ha sido cerrado.
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Variables ocultas que permanecen�
La f�rmula viene con ciertas suposiciones. � El m�s grande es que la variable oculta cl�sica utilizada en el modelo causal puede tomar uno de dos valores, codificados en un bit de informaci�n.�Chaves piensa que esto es razonable, ya que el sistema qu�ntico, el fot�n, tambi�n solo puede codificar un bit de informaci�n. � (Va, o bien en un brazo del interfer�metro, o en el otro).
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David Kaiser, un f�sico e historiador en el MIT, quiere eliminar la posibilidad de cualquier correlaci�n experimental invisible empleando un generador de n�meros aleatorios
basado en objetos astrof�sicos distantes.�
� La�teor�a de De Broglie-Bohm, una alternativa determinista y realista a la mec�nica qu�ntica est�ndar, es perfectamente capaz de explicar el experimento de elecci�n retardada.�En esta teor�a, las part�culas siempre tienen posiciones (que son las variables ocultas) y, por lo tanto, tienen una realidad objetiva, pero est�n guiadas por una onda. � Entonces la realidad�es�tanto�onda como part�cula... �
La
onda atraviesa ambos caminos, la part�cula a trav�s de uno o del
otro.�La presencia o ausencia del segundo divisor de rayo afecta la
onda, que luego gu�a la part�cula hacia los detectores, con
exactamente los mismos resultados que la mec�nica qu�ntica
est�ndar.�
Kaiser, incluso mientras elogia los esfuerzos hasta ahora, quiere llevar las cosas m�s all�.� � En los experimentos actuales, la elecci�n de agregar o no el segundo desplazamiento de fase o el segundo divisor de rayo en el cl�sico experimento de elecci�n retardada estaba siendo realizada por un generador de n�meros aleatorios qu�nticos. � Pero lo que se prueba en estos experimentos es la mec�nica qu�ntica en s� misma, por lo que hay una bocanada de circularidad.
Con este fin, Kaiser y sus colegas han construido tal fuente de aleatoriedad utilizando fotones procedentes de cu�sares distantes, algunos de m�s de la mitad del universo. � Los fotones fueron recolectados con un telescopio de un metro en el�Table Mountain Observatory�en California. � Si un fot�n tiene una longitud de onda inferior a un cierto valor umbral, el generador de n�meros aleatorios escupir� un 0, de lo contrario un 1. En principio, este bit se puede utilizar para elegir aleatoriamente la configuraci�n experimental. � Si los resultados contin�an apoyando el argumento original de Wheeler, entonces,
Por ahora, el�cuerpo del drag�n, que durante unas breves
semanas se hab�a enfocado, ha vuelto a ser humo e indistinto.� � � |
