Aplicación de la mecánica cuántica a sistemas complejos
La mecánica cuántica describe las increíbles propiedades de la naturaleza a escala microscópica. En ese mundo, por ejemplo, los científicos han demostrado que una partícula puede encontrarse en una superposición de dos estados a la vez. «Esto significa que una partícula, como un electrón, puede estar tanto aquí como allí al mismo tiempo», explica el coordinador del proyecto TEQ, Angelo Bassi, de la Universidad de Trieste (Italia). «Más precisamente, esto es lo que le ocurre a la función de onda que describe la partícula. Al igual que las olas del océano, estas ondas matemáticas se separan y, cuando se vuelven a combinar, interfieren las unas con las otras. Los científicos pueden concluir a partir de esta interferencia que en algún momento se separaron y después se volvieron a unir».
Preguntas de la teoría cuántica
Por tanto, los científicos están seguros de que las partículas elementales, los átomos e incluso algunas moléculas más complejas pueden existir en este estado cuántico. ¿Qué ocurre, no obstante, cuando seguimos avanzando por la escala microscópica hasta sistemas mayores y más complejos? ¿Podemos existir nosotros en un estado cuántico? Y, en caso negativo, ¿por qué no? «La teoría cuántica sugiere que es posible», añade Bassi. «Por consiguiente, una cuestión clave es si hay un determinado punto en el que la mecánica cuántica falla». Esto alude al famoso experimento mental del gato de Schrödinger, en que un gato hipotético invisible puede considerarse tanto vivo como muerto a causa de una acción que puede haber o no ocurrido.
El colapso de la función de onda
La aportación del proyecto TEQ a esta cuestión ha consistido en ir más allá del estado actual de los experimentos cuánticos. Los físicos cuánticos se han centrado hasta ahora en observar si una partícula aislada muestra el tipo de interferencia de onda mencionado anteriormente. Si hay interferencia, los investigadores pueden deducir que la partícula ha estado en superposición. «El desafío es lograrlo con sistemas cada vez más complejos», señala Bassi. «Desde un punto de vista tecnológico, resulta muy difícil crear y controlar la superposición aislando toda la interferencia circundante». Para abordar esta cuestión, el proyecto TEQ adoptó una nueva estrategia. Aplicó los conocidos como modelos de colapso espontáneo de la función de onda para predecir cuándo falla la mecánica cuántica. Esto da por hecho que se produce un determinado «ruido» cuando la superposición colapsa. «En lugar de buscar la superposición, desarrollamos un nuevo experimento para detectar ese “ruido”», comenta Bassi. Para ello, el equipo del proyecto atrapó nanocristales enfriados y los manipuló para detectar hasta el más leve movimiento. Si observaban movimiento, los científicos sabían que se estaba generando «ruido».
Medición de la gravedad cuántica
El principal éxito del proyecto TEQ ha sido demostrar la viabilidad de tal experimento. Esto ha abierto la puerta a nuevas posibilidades fascinantes en el campo de la experimentación cuántica. «De cara al futuro, seguiremos midiendo este ruido y mejoraremos la sensibilidad del experimento», agrega. «Esto nos permitirá analizar el ruido de señales cada vez más débiles». La idea es que se pueden realizar experimentos con sistemas más complejos y de mayor tamaño, acortando así la distancia con el mundo macroscópico. El equipo del proyecto TEQ también fue capaz de demostrar la exquisita sensibilidad de su innovación con impulso cuántico. Esto podría conducir a interesantes experimentos nuevos para medir nuevos fenómenos relacionados con la gravedad. «Apenas sabemos nada sobre el comportamiento gravitacional en el verdadero estado cuántico», prosigue Bassi. «En realidad, la gravedad es una fuerza muy débil y es necesario un sensor de una calidad excepcional para medirla. Nos interesa enormemente aplicar este sensor para abordar las cuestiones relacionadas con la gravedad».
Palabras clave
TEQ, mecánica cuántica, microscópico, gravedad, electrón, átomo, superposición