Proponen un experimento de que poderse realizar podría
rechazar los modelos en los que la transición radiativa es objetiva e
independiente del detector.
Todo el mundo que haya estudiado la Mecánica Cuántica (MC) en
profundidad se habrá dado cuenta de lo rara que es. Algunas veces no
sabemos si esta rareza procede de modelo teórico que estamos usando o de
la propia realidad física, que a la escala de lo muy pequeño se
comporta así independientemente de nuestra visión de la realidad.
En ciencia este tipo de cosas se dirimen con un experimento, pero no siempre es fácil o posible diseñar experimentos de ese tipo. En el caso de la MC esto deja vía libre a la proliferación de interpretaciones.
Uno de los conceptos básicos en MC se refiere al salto cuántico o transición. Un electrón ligado a un pozo de potencial, como pueda ser en un átomo, puede estar en su estado fundamental, que es el de mínima energía (pero no nula). Si el sistema recibe energía puede saltar a un estado de energía superior. Sin embargo, ese estado es inestable y el sistema salta a su estado fundamental emitiendo esa diferencia de energía en forma de un fotón cuya energía se corresponde a E=hν, en donde ν es la frecuencia del fotón. Hay que recalcar que este salto se da entre los niveles de energía y que el electrón no salta espacialmente de un sitio a otro. La situación puede complicarse más, con distintos estados excitados y distintas transiciones.
Este concepto de “salto” fue introducido ya por Niels Bohr en su modelo de átomo de hidrógeno. Desde entonces se asumió que el salto era siempre objetivo e independiente del acto de medición. Se produce el salto y entonces se produce un fotón. Durante décadas se asumió esta interpretación objetiva del fenómeno de que la transición radiativa de los átomos se hace a través de un proceso estocástico objetivo
Mucho más tarde (en los años noventa) se introdujo otra interpretación distinta según la cual era el acto de medición del fotón producido el que producía el salto cuántico. Si no hay medición entonces no habría salto. Es decir, si el fotón emitido no es detectado entonces no se da el salto. El salto, según esta interpretación, dependería del detector, algo distinto a la visión objetiva que tenía Borh y los que le siguieron mucho tiempo después.
Sin embargo, no se han realizado experimentos serios que permitan distinguir entre una posibilidad y otra.
Pues bien, ahora Howard M. Wiseman de Griffith University (Queensland, Australia) y Jay M. Gambetta del IBM T.J. Watson Research Center (Yorktown Heights, New York) proponen en un artículo publicado en Physical Review Letters un experimeto que permitiría distinguir entre ambos casos y saber si la transición cuántica es independiente o no del detector.
Los experimentos que proponen no solamente podrían negar modelos específicos de saltos cuánticos independencia del detector, sino todo modelo concebible que describa este tipo de transiciones independientes del detector.
La clave está en que hay dos maneras diferentes de que los fotones sean emitidos por el átomo, maneras que dan resultados que son incompatibles entre sí. El sistema se basa en un fenómeno de tipo EPR en el que el colapso de la función de onda de una partícula a través de su medición condiciona inmediatamente el estado de otra partícula situada a gran distancia que esté entrelazada con la primera. Este sistema de dos partículas no tiene un estado cuántico objetivo que sea independiente de la elección de medida, el tipo de medida elegida condiciona el resultado.
Estos físicos proponen una técnica similar para explicar cómo se podrían determinar la naturaleza del salto cuántico y su ausencia de objetividad. Básicamente el experimento mostraría que dos tipos de medida distinta darían resultados diferentes y que se vería matemáticamente como una desigualdad que sería violada cuando la eficacia del detector estuviera por encima de cierto valor, en concreto de η=58%.
El problema de este experimento (o experimentos similares) es precisamente la calidad de las medidas. No siempre es posible detectar un fotón individual, aunque éste impacte en el detector, o se pueden detector fotones del ambiente. Así que los físicos experimentales se tienen que conformar con el cumplimiento estadístico de ciertas relaciones matemáticas.
Aunque en este caso no es fácil realizar un experimento directo a esa eficiencia, se pueden realizar experimentos que permitan rechazar algunos modelos de salto cuántico independientes del detector.
Si se pueden alcanzar un escenario de alta eficiencia entonces no solamente se podrán (en caso de resultado positivo) rechazar algunos de esos modelos independientes del detector, sino todos los que se pueden concebir.
Si la eficiencia es mala entonces no se podrá concluir gran cosa al respecto. Pero esta eficacia sólo depende de lo desarrollada que esté la tecnología. Así que si no puede hacerse este tipo de experimentos en el presente quizás sí se puedan realizar en el futuro.
Además de poder realizar este tipo de experimentos en átomos, se podrían realizar en otros sistemas cuánticos que exhiban transiciones energéticas, como dispositivos de estado sólido. Quizás en estos sistemas la eficiencia pueda ser mejorada antes.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3859
Fuentes y referencias:
Artículo original.
Artículo en ArXiv.
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En ciencia este tipo de cosas se dirimen con un experimento, pero no siempre es fácil o posible diseñar experimentos de ese tipo. En el caso de la MC esto deja vía libre a la proliferación de interpretaciones.
Uno de los conceptos básicos en MC se refiere al salto cuántico o transición. Un electrón ligado a un pozo de potencial, como pueda ser en un átomo, puede estar en su estado fundamental, que es el de mínima energía (pero no nula). Si el sistema recibe energía puede saltar a un estado de energía superior. Sin embargo, ese estado es inestable y el sistema salta a su estado fundamental emitiendo esa diferencia de energía en forma de un fotón cuya energía se corresponde a E=hν, en donde ν es la frecuencia del fotón. Hay que recalcar que este salto se da entre los niveles de energía y que el electrón no salta espacialmente de un sitio a otro. La situación puede complicarse más, con distintos estados excitados y distintas transiciones.
Este concepto de “salto” fue introducido ya por Niels Bohr en su modelo de átomo de hidrógeno. Desde entonces se asumió que el salto era siempre objetivo e independiente del acto de medición. Se produce el salto y entonces se produce un fotón. Durante décadas se asumió esta interpretación objetiva del fenómeno de que la transición radiativa de los átomos se hace a través de un proceso estocástico objetivo
Mucho más tarde (en los años noventa) se introdujo otra interpretación distinta según la cual era el acto de medición del fotón producido el que producía el salto cuántico. Si no hay medición entonces no habría salto. Es decir, si el fotón emitido no es detectado entonces no se da el salto. El salto, según esta interpretación, dependería del detector, algo distinto a la visión objetiva que tenía Borh y los que le siguieron mucho tiempo después.
Sin embargo, no se han realizado experimentos serios que permitan distinguir entre una posibilidad y otra.
Pues bien, ahora Howard M. Wiseman de Griffith University (Queensland, Australia) y Jay M. Gambetta del IBM T.J. Watson Research Center (Yorktown Heights, New York) proponen en un artículo publicado en Physical Review Letters un experimeto que permitiría distinguir entre ambos casos y saber si la transición cuántica es independiente o no del detector.
Los experimentos que proponen no solamente podrían negar modelos específicos de saltos cuánticos independencia del detector, sino todo modelo concebible que describa este tipo de transiciones independientes del detector.
La clave está en que hay dos maneras diferentes de que los fotones sean emitidos por el átomo, maneras que dan resultados que son incompatibles entre sí. El sistema se basa en un fenómeno de tipo EPR en el que el colapso de la función de onda de una partícula a través de su medición condiciona inmediatamente el estado de otra partícula situada a gran distancia que esté entrelazada con la primera. Este sistema de dos partículas no tiene un estado cuántico objetivo que sea independiente de la elección de medida, el tipo de medida elegida condiciona el resultado.
Estos físicos proponen una técnica similar para explicar cómo se podrían determinar la naturaleza del salto cuántico y su ausencia de objetividad. Básicamente el experimento mostraría que dos tipos de medida distinta darían resultados diferentes y que se vería matemáticamente como una desigualdad que sería violada cuando la eficacia del detector estuviera por encima de cierto valor, en concreto de η=58%.
El problema de este experimento (o experimentos similares) es precisamente la calidad de las medidas. No siempre es posible detectar un fotón individual, aunque éste impacte en el detector, o se pueden detector fotones del ambiente. Así que los físicos experimentales se tienen que conformar con el cumplimiento estadístico de ciertas relaciones matemáticas.
Aunque en este caso no es fácil realizar un experimento directo a esa eficiencia, se pueden realizar experimentos que permitan rechazar algunos modelos de salto cuántico independientes del detector.
Si se pueden alcanzar un escenario de alta eficiencia entonces no solamente se podrán (en caso de resultado positivo) rechazar algunos de esos modelos independientes del detector, sino todos los que se pueden concebir.
Si la eficiencia es mala entonces no se podrá concluir gran cosa al respecto. Pero esta eficacia sólo depende de lo desarrollada que esté la tecnología. Así que si no puede hacerse este tipo de experimentos en el presente quizás sí se puedan realizar en el futuro.
Además de poder realizar este tipo de experimentos en átomos, se podrían realizar en otros sistemas cuánticos que exhiban transiciones energéticas, como dispositivos de estado sólido. Quizás en estos sistemas la eficiencia pueda ser mejorada antes.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3859
Fuentes y referencias:
Artículo original.
Artículo en ArXiv.
Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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