Registran en imágenes la decoherencia cuántica de fotones

Definen el paso de estas partículas de estados de gato de Schödinger a estados estables clásicos

Científicos del Laboratorio Kastler Brosser del CNRS francés han conseguido, por vez primera, « fotografiar » el paso de las partículas que componen la luz (los fotones) de un estado cuántico a otro. Hasta ahora, se había podido hacer este mismo registro con átomos, electrones, iones y otras partículas, pero no se habían podido “ver” los fotones, que normalmente son destruidos cuando llegan a ser detectados. Una serie de gráficos relacionados con los cambios en los estados permitieron registrar la evolución de los fotones, atrapados en una cavidad de microondas. De esta forma, los científicos han podido definir la estructura de la decoherencia cuántica a escala microscópica, lo que abre una vía a su futura manipulación para la preservación de las propiedades cuánticas, esenciales para el desarrollo de los ordenadores cuánticos del futuro. Por Yaiza Martínez.

Científicos del Laboratorio Kastler Brosser del CNRS francés han conseguido « fotografiar » fotones (partículas portadoras de todas las formas de radiación electromagnética, entre ellas la luz) deslizándose de un estado cuántico frágil a un estado estable clásico. De esta forma, la famosa paradoja del gato de Schrödinger, a escala microscópica, se ha podido registrar en imágenes.

En 1935, el físico Erwin Schrödinger trató de explicar la intricación cuántica y la superposición de estados con un experimento tan sencillo como inquietante: en una caja cerrada y opaca se mete un gato, una botella de gas venenoso, un átomo radioactivo con un 50% de probabilidades de desintegrarse y un dispositivo que, de desintegrarse la partícula, rompería la botella, produciendo la muerte del gato por envenenamiento.

Por tanto, el destino del gato dependía de un solo átomo que actuaría según la mecánica cuántica, por lo que todo el sistema estaría sometido a sus leyes. La llamada “interpretación de Copenhague” señala que estas leyes funcionan de la siguiente manera: mientras no abramos la caja, el gato está a un tiempo muerto y vivo y que sólo la acción de abrir la caja y observarlo reduce las probabilidades a una de ellas.

Siguiendo la evolución del gato

El rato en que el gato puede estar vivo o muerto es lo que se denomina una “superposición de estados” o superposición cuántica. Se trata de un estado evidentemente paradójico, pero que refleja el funcionamiento de la materia a escala subatómica.

Esta paradoja se resuelve en parte gracias a la teoría de la decoherencia cuántica, de la que ya hemos hablado en Tendencias21, que señala que el proceso físico conocido como "reducción del paquete de ondas", es decir, el proceso que reduce la superposición de estados de probabilidad concretando uno de ellos en el universo macrofísico en el que desenvolvemos nuestra existencia cotidiana (el gato está vivo o muerto), se produce por la interacción de los sistemas macroscópicos con su propio entorno.

Ahora, la decoherencia cuántica ha podido por fin ser registrada. Este registro permitió ver cómo los fotones analizados pasaban de un estado cuántico de superposición a un estado estable, siguiendo etapas intermedias. Es decir, siguiendo el ejemplo de Schrödinger, es como si se hubiera fotografiado el proceso mediante el cual el gato aparece vivo o muerto.

Según explicaron los científicos en Nature, en dicho registro se obtuvieron imágenes de estados coherentes, de estados de Fock (cualquier estado del espacio de Fock con un número bien definido de partículas en cada estado), y de estados de “gato de Schrödinger”.

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Gráfico de los momentos sucesivos

Los investigadores escribieron asimismo en Nature que anteriormente se había podido hacer este mismo registro con átomos, electrones, iones y otras partículas, pero no habían podido “ver” los fotones, que normalmente son destruidos cuando llegan a ser detectados.

Atraparlos para su estudio ha supuesto un auténtico desafío porque las cavidades necesarias para el experimento deben almacenar la luz durante el tiempo suficiente para registrar la evolución de los fotones.

Una vez conseguida la cavidad necesaria, los científicos siguieron la evolución de la decoherencia cuántica reconstruyendo las tomas instantáneas de los estados de “gato de Schrödinger” en momentos sucesivos. Según los investigadores, este procedimiento de reconstrucción será una herramienta útil para posteriores estudios de la decoherencia cuántica.

El Laboratorio Kastler Brosser, por su parte, explica en un comunicado, que la cavidad en la que se atraparon los fotones durante un tiempo lo suficientemente largo como para observar su evolución es una cavidad de microondas. Dicha evaluación fue representada por gráficos en relieve. Cada punto de estos gráficos había sido asociado a un valor de la amplitud y la fase del campo electromagnético estudiado.

Hacia el ordenador cuántico

Los estados cuánticos de “gato de Schrödinger” fueron descritos por gráficos que revelaron la fragilidad de los estados no clásicos, que son rápidamente traídos de vuelta a los estados clásicos o coherentes.

La posibilidad de registrar este fenómeno de la decoherencia resulta esencial para la comprensión de la transición entre la física cuántica y la física clásica. Según los científicos, de hecho este experimento abriría la puerta a la manipulación y el control de la decoherencia.

Observar este fenómeno en directo permitiría, además, poner en marcha procedimientos de “retro-acción cuántica” en los que los átomos serán utilizados para restablecer las oscilaciones cuánticas del gráfico del campo, y así preservar sus propiedades cuánticas, importantes para la realización de operaciones de información cuántica.

En otras palabras, el método permitirá conservar durante más tiempo las propiedades cuánticas de la luz, lo que supone un paso adelante en el futuro desarrollo de los ordenadores cuánticos.

Antecedentes

El año pasado informamos ya en Tendencias21 del logro, por parte de este mismo laboratorio, de la filmación por primera vez de la vida y muerte de un fotón. Entonces, se consiguió, tras quince años de esfuerzo, medir el estado de un fotón sin destruirlo.

Gracias a una elaborada técnica, los científicos atraparon un único fotón dentro de una cavidad superconductora para observar, en tiempo real, su nacimiento, vida y muerte durante un intervalo de tiempo de segundos.

Este experimento abrió entonces la posibilidad de extraer repetidamente información del mismo fotón, que de esta forma podría compartir su información con un conjunto de átomos y conformar un “entrelazamiento cuántico” de luz o materia, básico para la fabricación de los ordenadores cuánticos.

Viernes 3 Octubre 2008

Yaiza Martínez

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Partículas que son ondas

Naturaleza educativa: www.natureduca.com

Ondas de materia: la hipótesis de De Broglie

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a hipótesis de Einstein había dejado al descubierto la naturaleza dual de la luz. La idea de que las ondas luminosas llevan asociadas partículas o cuantos de energía llamados fotones parecía consolidada con el apoyo de diferentes experimentos.

En este ambiente, el científico y aristócrata francés Luis de Broglie tuvo la sospecha de que la dualidad onda-corpúsculo avanzada para la luz, era una preferencia más general del mundo físico. La naturaleza, razonaba De Broglie, ama la simetría; luz y materia son dos formas simétricas, de modo que si las ondas luminosas se presentan en ocasiones como partículas, las partículas materiales deben tener alguna especie de onda asociada. Esta intuición extraordinaria atribuía a la materia propiedades ondulatorias que hasta entonces no habían sido nunca observadas por ningún científico.

De Broglie era un buen conocedor de la óptica y de la mecánica, y la idea de cuantificación desarrollada por Einstein en su teoría del fotón fue relacionada con la noción de onda estacionaria. Era un hecho establecido que una onda estacionaria, formada por reflexión entre dos límites, no puede presentar todo tipo de frecuencias: sólo una serie de ellas cuyas longitudes de onda son proporcionales a números enteros están permitidas. La longitud de onda, y por tanto la frecuencia de onda estacionaria, es una magnitud que está cuantificada, es decir, que varía a saltos y no de una forma continua. Las ondas podrían entonces describir la moderna idea de la cuantificación.

Afianzado con este tipo de razonamientos, De Broglie emprendió la búsqueda de una ecuación que definiera la onda asociada a una partícula en movimiento de masa m. La teoría de Einstein atribuía al fotón como partícula una cantidad de movimiento p igual a

que expresada en términos de longitud de onda toma la forma

De Broglie pensó que esa misma ecuación entre la longitud de onda luminosa y la cantidad de movimiento p del fotón debería regir la relación, simétrica respecto de la anterior, entre la cantidad de movimiento de una partícula material y su onda asociada. La ecuación

(15.2)

define la llamada longitud de onda de De Broglie y la onda correspondiente asociada a la partícula de masa m y velocidad v se denomina, genéricamente, onda de materia.

La teoría de las ondas de materia de De Broglie, presentada formalmente en 1924 en su tesis doctoral, fue aplicada pronto a los electrones de los átomos e hizo posible la explicación de multitud de fenómenos a nivel atómico.

El por qué las ondas de materia no pueden ser detectadas más que en el dominio atómico y subatómico es debido, según la ecuación de De Broglie, a la pequeñez de la constante de Planck (h = 6,63 · 10^-34 J · s). Así, por ejemplo, un perdigón de 10 g de masa que se mueva a una velocidad de 10 m/s tiene una onda asociada cuya longitud l valdrá:

es decir, casi un cuatrillón de veces menos que el tamaño del átomo de hidrógeno.

Los espacios entre átomos en una red cristalina, por su pequeña distancia, fueron rendijas apropiadas para poner de manifiesto el fenómeno de la difracción de las ondas de materia predichas por De Broglie

Aplicación de la ecuación de De Broglie

n haz de electrones es emitido por un filamento incandescente y acelerado posteriormente sometiéndolo a una diferencia de potencial de 1 000 volts.

Determinar la longitud de onda del electrón al final del trayecto y expresaría en m y en Å. (Tómese la masa y carga del electrón respectivamente como me = 9,108 · 10^-31 kg, e = 1,602 · 10^-19 C y la constante de Planck h = 6,625 · 10^-34 J · s.)

De acuerdo con la ecuación de De Broglie:

La cantidad de movimiento p está a su vez relacionada con la energía cinética mediante la expresión:

Por otra parte, la energía cinética final que adquiere el electrón es igual al trabajo W efectuado por el campo electrostático para acelerarlo. Es decir:

Ec = W = q · DV

siendo q la carga de la partícula y ∆V la diferencia de potencial eléctrico. Combinando las anteriores ecuaciones resulta:

Sustituyendo los datos disponibles y operando se tiene finalmente:

La difracción de partículas

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Las ondas en general, cualquiera que sea su naturaleza, pueden doblar las esquinas y salvar los obstáculos; este fenómeno se conoce con el nombre de difracción. Las interferencias en general y la difracción en particular constituyen fenómenos típicos del comportamiento ondulatorio para los cuales no existe nada similar en el mundo de las partículas. Por tal motivo el hecho de que algo se difracte o sufra interferencias constituye una demostración de su naturaleza ondulatoria.

En 1927 Davison y Germer en los Estados Unidos y G.P. Thomson en Inglaterra, mediante experimentos diferentes, pusieron a prueba la hipótesis de De Broglie al intentar someter los electrones al test de la difracción. Era un hecho entonces conocido que para que se produzca el fenómeno de difracción de una onda con una rendija o por un conjunto de rendijas (red de difracción) es necesario que el tamaño de la abertura sea del mismo orden de magnitud que la longitud de onda empleada.

La predicción de la ecuación de De Broglie para un electrón con una energía de 54 electronvolts (1 eV = 1,6 · 10^-19 J) consiste en una onda de materia asociada de 1,66 Å (1 Å = 10^-10 m) de longitud de onda. Sobre la base de la experiencia acumulada en el estudio de los fenómenos de difracción de rayos X se pensó entonces que los átomos de un cristal cuya separación fuese de ese orden podrían servir de red de difracción para los electrones. Si la hipótesis de De Broglie era acertada, los electrones, como ondas de materia, deberían ser difractados por esa red cristalina.

Se eligió para el experimento un cristal de níquel, ya que sus átomos están ordenados en planos separados entre sí 0,91 Å. Se bombardeó la muestra de cristal de níquel con electrones de 54 eV de energía cinética y se observaron, efectivamente, fenómenos de difracción para determinadas orientaciones del haz incidente. Además, la aplicación de fórmulas típicas del fenómeno óptico de la difracción al análisis de los datos experimentales dio como resultado un valor de la longitud de las ondas difractadas igual, dentro del error experimental, al predicho por la ecuación de De Broglie, es decir, = 1,66 Å.

La difracción de partículas (continuación)

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l experimento crucial de Davison y Germer proporcionó, en su día, la primera comprobación experimental directa de la hipótesis de De Broglie sobre la existencia de ondas de materia asociadas a las partículas en movimiento.

Más adelante se lograron difractar partículas de mayor masa como neutrones o incluso átomos completos, eligiendo como red de difracción un cristal apropiado a las dimensiones de la longitud de la onda de materia asociada a la correspondiente partícula móvil.

Consolidada la teoría de De Broglie, la difracción de neutrones se ha convertido en una técnica física útil para la determinación de la estructura cristalina de los sólidos, es decir, la forma geométrico en la que sus átomos y, en particular, sus núcleos se distribuyen por el espacio formando el cristal.

Una interpretación para las ondas de materia

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Las partículas subatómicas en movimiento se comportan también como ondas. Al igual que la luz, la materia a ese nivel microscópico es dual, presentándose unas veces en forma de ondas y otras en forma de partículas en función de la naturaleza del experimento montado para detectarla.

Una onda puede considerarse como una oscilación que viaja o se propaga por el espacio o por un medio material. Cabe entonces preguntarse cuál es la naturaleza de las ondas de materia, qué es lo que vibra en las ondas de De Broglie y qué relación existe entre el electrón como partícula y su onda asociada.

Las ondas de materia son ondas que, aun cuando tienen la misma forma matemática que las otras ondas, no tienen el mismo significado. Cumplen las leyes típicas del comportamiento ondulatorio, pero no corresponden a una propiedad física que se propague por el espacio. Son más bien ondas matemáticas o más exactamente ondas de probabilidad, porque en un punto cualquiera de su trayecto la amplitud de la onda de materia elevada al cuadrado define la probabilidad de encontrar a su partícula correspondiente en dicho punto.

Dado que en una onda de luz el cuadrado de la amplitud constituye una medida de la intensidad luminosa, la referencia a este tipo de ondas puede ilustrar la clase de relaciones que existen, en general, entre una partícula y su onda asociada.

Si en el experimento de interferencias de Young (o de las dos rendijas) se colocase en la pantalla un detector móvil de fotones que pudiese desplazarse de arriba abajo por la pantalla, se observaría cómo las franjas alternadas de máxima y mínima intensidad luminosa coinciden con las zonas en las que el detector registra un número alto y bajo (o nulo), respectivamente, de fotones. La intensidad de la onda luminosa en un punto de la pantalla da, pues, idea de la probabilidad de localizar al fotón en ese punto.

Si en lugar de utilizar una fuente de luz se empleara en el experimento una fuente de electrones, un detector apropiado (contador Geiger) al barrer de arriba abajo la pantalla arrojaría un número de cuentas por minuto cuyo valor variaría con la altura, de la misma forma que lo hace la intensidad de luz en el experimento de Young. O dicho en otros términos, si se representara gráficamente la variación del número de cuentas por minuto con la coordenada Y se obtendría una gráfica típica del fenómeno de interferencia. Los electrones llegan, pues, a la pantalla como partículas y es la probabilidad de llegada lo que se distribuye por aquélla del mismo modo que lo hace la intensidad de una onda.

Este resultado indica que la relación entre la onda de materia y el electrón correspondiente es de tipo estadístico o probabilístico. Éste es el secreto de esas relaciones enigmáticas y poco intuitivas que caracterizan la llamada dualidad onda-partícula.

Observados monopolos magnéticos en hielo

Escrito por Entradas de Kanijo http://www.cienciakanija.com/ en http://www.cienciakanija.com/category/fisica/

Desde que se predijeran los monopolos magnéticos por primera vez por parte de Paul Dirac en 1931, los físicos han buscado en vano estas esquivas entidades en todos sitios, desde aceleradores de partículas a rocas lunares. Ahora, dos grupos de investigación independientes afirman haber captado una visión de los monopolos – básicamente imanes con un polo – en materiales magnéticos llamados hielos de espín (spin ices).

Dado que los monopolos tienen lugar en materiales magnéticos, comprender sus propiedades podría ayudar en el desarrollo de memorias magnéticas y otros dispositivos espintrónicos.

Colaboraciones internacionales

Un de los equipos incluyó a Tom Fennell y sus colegas del Instituto Laue-Langevin (ILL) en Francia junto con físicos del Reino Unido. El otro incluía a Jonathan Morris y colegas del Centro Helmholtz en Berlín (HZB) junto con científicos del Reino Unido, Argentina y Alemania.

El grupo de Morris estudió el material cristalino Dy₂Ti₂O₇, el cual tiene una celda unitaria tetraédrica con dos espines Dy apuntando al centro del tetraedro y dos hacia fuera. Se conoce como hielo de espín debido a que la ordenación de sus espines es similar a la de los átomos de hidrógeno en el agua helada.

Los espines en un hielo de espín no se alinéan como en un ferroimán. En lugar de esto, los físicos creen que se unen para crear unas líneas de flujo magnético dentro del material que recuerdan a un montón de cuerdas liadas. Se conocen como cuerdas de Dirac debido a que recuerdan los tubos de flujo que deberían conectar los monopolos magnéticos de acuerdo con los cálculos de Dirac.

Si la configuración de espín de un tetraedro indivual es perturbada – digamos, cambiando un espín “fuera” por “dentro” – se rompe una cuerda y el flujo magnético se derrama en una forma similar a un monopolo.

Morris y sus colegas aplicaron un campo magnético a se muestra de hielo de espín y encontraron que las cuerdas empezaban a romperse en secciones finitas que se alineaban a lo largo de direcciones específicas en el material. Esto se reveló disparando un rayo de neutrones sobre la muestra y estudiando el patrón de interferencia resultante cuando los neutrones (los cuales tienen momentos magnéticos) se dispersan desde las cuerdas.

Cada cuerda finita tiene un extremo “norte” y “sur” y los físicos creen que bajo ciertas condiciones la longitud de la cuerda puede cambiar fácilmente. Como resultado, los extremos de la cuerda parecerán comportarse como dos “cuasipartículas” individuales – monopolos norte y sur.

Aunque el grupo de Morris fue capaz de “ver” las cuerdas de Dirac con neutrones, dedujeron la existencia de monopolos midiendo la capacidad de calor del hielo de espín. Los físicos habían calculado que a temperaturas de alrededor de 1 K, la capacidad de calor de un hielo de espín debería recordar a la de un gas de monopolos magnéticos – que es exactamente los que vieron Morris y su equipo.

Mientras tanto en el ILL, Fennell y sus colegas usaron un rayo de neutrones de espín polarizado para estudiar el material – Ho₂Ti₂O₇ (un hielo de espín similar). Estaban particularmente interesados en estudiar los estados base del hielo de espín para establecer si efectivamente podrían soportar excitaciones de monopolo. A bajas temperaturas y campo magnético cero, los físicos habían predicho que, para tener monopolos, este estado de lío nudoso debía estar en una “fase de coulomb magnética” – la cual confirmó el equipo a través de la observación de “puntos de aplastamiento” en sus datos de dispersión de neutrones.

Fennell dijo a physicsworld.com que el equipo está ahora tratando de medir la anchura de un punto de aplastamiento, lo cual debería dar la longitud de las cuerdas de Dirac. Mientras tanto, el grupo de Morris está ocupado midiendo la capacidad de calor de sus hielos de espín como una función del campo magnético aplicado – lo cual podría prorporcionar una mayor visión sobre los monopolos magnéticos.

La investigación se publica en la revista Science Express.

Negentropia

En la teoría de la información la negentropía es el proceso inverso de la entropía, y esta definido por el paso de un estado de desorden aleatorio a otro estado de orden previsible.

El paso de un estado de desorden indiferenciado a un orden organizado.

En relación con la información se puede decir que a mayor desorden o entropía,(cantidad de neologismos por ejemplo) mayor es la cantidad de información necesaria para recuperar un mensaje.

El término fue creado por Norbert Wiener (fundador de la cibernética, ciencia encargada de estudiar el control de los procesos)y utilizado por primera vez por Claude Elwood Shannon. Es una parte fundamental del proceso de comunicación bajo el modelo matemático de la comunicación.La Entropía es una variable termodinámica que indica descenso de la cantidad de energía disponible, la entropía conduce al "equilibrio" entre un sistema y el ambiente que lo rodea (la temperatura ambiente por ejemplo, se supone que la entropia conduce la temperatura del universo hacia el cero absoluto).
Por otra parte la negentropía no es una variable termodinámica propiamente tal, se usa principalmente para sistemas organizacionales que necesitan llegar a un equilibrio un ejemplo son los seres vivos que ante algún desajuste tratan de conservar su nivel energetico, visto desde un punto de vista se "autoordenan" para ahorrar energía dinamica.
La naturaleza no tiende a la negentropía (explicada como "tendencia al auto-orden para NO dilapidar energía").
La naturaleza tiende al equilibrio que puede interpretarse como una tendencia al desorden y a un gasto de energía en consonancia con el ambiente.

¿Puede un puente estar en dos lugares a la vez?

Físicos del Caltech diseñan un método para detectar efectos mecanocuánticos en objetos ordinarios. Los resultados han aparecido publicados en Nature.

Desde el nivel de la existencia humana hasta la nanoescala, estamos gobernados por las leyes de Newton. Sueltas algo desde una altura y, si no hay nada que lo evite, cae al suelo; empujas algo con suficiente fuerza y se mueve. A nivel atómico, estas reglas dejan de aplicarse: las partículas atómicas pueden existir en dos estados al mismo tiempo, mantienen conexiones con partículas hermanas a kilómetros de distancia, y pasan a través de superficies por unos túneles que antes no estaban allí. Las reglas que rigen lo atómico, la física cuántica, son especialmente extrañas para nosotros porque, si bien estamos hechos de átomos, no parece que tengamos estas propiedades. ¿Cómo podríamos averiguar si cualquier colección de átomos (un teclado, mi dedo, esa mesa) tiene las mismas propiedades que los átomos que la constituyen?

Esta cuestión nos ha perseguido desde el descubrimiento de la mecánica cuántica. El problema siempre ha sido encontrar una manera de medir los efectos cuánticos más allá de la escala atómica, lo que nos permitiría ver a qué tamaño la mecánica cuántica da paso a la clásica, o si las propiedades cuánticas se las arreglan de alguna manera para persistir hasta la escala humana. El físico vienés Antón Zeilinger, en experimentos pioneros realizados en 1999 [1], encontró que moléculas tan grandes como las buckyesferas (fulereno esférico, 60 átomos de carbono) presentan la dualidad onda-corpúsculo de las partículas atómicas. Desde entonces los físicos han intentado ver quién observa el objeto más grande con efectos cuánticos (como ejemplo, El universo cuántico se amplía: entrelazamiento entre osciladores mecánicos.).

Ahora, un equipo del Instituto de Tecnología de California – Caltech (EE.UU.), en un trabajo cuyo autor principal es Matt LaHaye, ha construido una estructura en miniatura (2 micras de longitud, 0,2 micras de ancho) que puede detectar si un objeto hecho de diez mil millones de átomos presenta propiedades cuánticas, en concreto, si presenta estados energéticos cuantizados. A escala humana, los objetos que oscilan, como un péndulo, tienen una curva de energía continua, van del 100 por ciento del valor posible de energía a cero y a la inversa. Pero los átomos oscilan entre estados energéticos definidos; así, por ejemplo, un átomo podría tener 100 por cien de energía o cero, pero ningún otro valor intermedio. La energía varía en paquetes indivisibles llamados cuantos y por eso decimos que la energía está cuantizada.

Keith Schwab, uno de los coautores del estudio, propuso hace algunos años que si los osciladores mayores que los átomos tenían también niveles de energía cuantizados, se debería poder detectarlos diseñando una interacción con un sistema “equivalente a un átomo”. En otras palabras, fijándonos en cómo cambian los niveles de energía de un átomo cuando se acopla con un oscilador, podríamos deducir los niveles cuánticos de energía del oscilador. Esto es lo que han construido Schwab, LaHaye y sus colegas.

En un chip de silicona, han conseguido colocar muy próximos (300 nanometros) un puente de aluminio a nanoescala y una isla superconductora, una caja de un par de Cooper, que actúa como una “partícula atómica” artificial [en la imagen, el puente es lo que parece un puente y la caja del par de Cooper el depósito en el borde a su izquierda]. Esta “partícula atómica” puede tomar uno de dos estados posibles; la información que representa este hecho es la versión cuántica de los bits binarios de un ordenador, lo que se conoce como qubit. El puente, hecho de 10 mil millones de átomos, vibra cuando se le aplica una corriente, mientras que la “partícula atómica” salta entre sus niveles de energía. Ambos dispositivos generan campos electromagnéticos que interactúan entre sí, lo que permitiría deducir el estado de uno en función del estado del otro.

El primer ensayo de los investigadores, publicado en Nature [2], es una prueba de concepto: Si se puede deducir el estado cuántico de la “partícula atómica” a partir de las vibraciones del puente, sería posible lo contrario, y usar las vibraciones de la “partícula atómica” para medir los posibles estados cuánticos del puente. Y eso es precisamente lo que han encontrado, las firmas de los estados cuánticos de la “partícula atómica” en las lecturas del puente, tan claras como el día.

Con mejoras en su técnica, los investigadores esperan poder explorar los cuantos del puente procedentes de la influencia de la “partícula atómica”. Si encuentran efectos cuánticos en el puente, sería el objeto más grande que los mostrase, un logro importante. Y, a partir de ahí, los experimentos futuros no podrían ser más excitantes. Por ejemplo, ¿tendría el puente superposición cuántica, existir en dos lugares a la vez?

Si se observan efectos cuánticos a nanoescala, que son objetos macroscópicos después de todo, ello sería signo de que nos hace falta una comprensión más profunda y fundamental de cómo está constituido el universo.

Referencias:

[1]

Arndt, M., Nairz, O., Vos-Andreae, J., Keller, C., van der Zouw, G., & Zeilinger, A. (1999). Wave–particle duality of C60 molecules Nature, 401 (6754), 680-682 DOI: 10.1038/44348

[2]


LaHaye, M., Suh, J., Echternach, P., Schwab, K., & Roukes, M. (2009). Nanomechanical measurements of a superconducting qubit Nature, 459 (7249), 960-964 DOI: 10.1038/nature08093

jueves 4 de junio de 2009

El universo cuántico se amplia: entrelazamiento entre osciladores mecánicos.

Los resultados presentados hoy en Nature por un grupo de físicos del NIST (Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de los Estados Unidos) confirman experimentalmente que es posible conseguir un entrelazamiento cuántico entre osciladores mecánicos separados, lo que puede considerarse un desplazamiento de la frontera entre lo cuántico y lo clásico. Las técnicas desarrolladas pueden ser importantes para la construcción de procesadores cuánticos de información usando iones atómicos.

¿Dónde está el límite entre el mundo cuántico y el clásico? ¿En qué sistemas es necesario recurrir a la mecánica cuántica y en qué otros es suficiente hacer uso de la mecánica clásica? Nadie puede decirlo con certeza pero podemos intentar establecer un criterio que, aunque arbitrario, nos permita distinguir entre uno y otro. Podemos usar una propiedad típicamente cuántica, como el entrelazamiento, y aquellos sistemas que la presenten serán cuánticos y los que no, clásicos. Pues bien, si usamos este criterio, la noticia hoy es que el límite entre los dos mundos se ha desplazado.

El entrelazamiento cuántico es una de las propiedades de la mecánica cuántica que hicieron que a Einstein no le gustase la teoría. De hecho este fenómeno fue descrito en un artículo publicado en 1935 por el propio Einstein junto a Podolsky y Rosen como un intento de reducción al absurdo de las posiciones respecto a la teoría cuántica de Niels Bohr.

El entrelazamiento cuántico es un concepto nada intuitivo pero que está comprobado experimentalmente. Consiste en que los estados cuánticos de un objeto están íntimamente relacionados con los de otro objeto con el que está entrelazado, de tal manera que lo que le ocurra a uno tendrá su correlación en el otro, instantáneamente e independientemente de la distancia que los separe. Los objetos entrelazados no tienen necesariamente que tener las mismas propiedades, sino propiedades que estén ligadas de forma predecible.

¿Por qué no observamos el entrelazamiento cuántico en la naturaleza? Una posible respuesta es por nuestra incapacidad para aislar el sistema objeto de estudio del ambiente, lo que no deja de ser una limitación técnica. Otra es que exista un mecanismo aún por descubrir que impide la formación de estados entrelazados macroscópicos, lo que puede depender del número de constituyentes individuales del sistema o de los tipos de grados de libertad que se entrelazan. Esta última posibilidad es la que se ha explorado en el artículo que nos ocupa.

En la investigación que presentan John Jost y sus colaboradores dos osciladores mecánicos, constituidos cada uno por un par de iones (berilio y magnesio) que vibran (para visualizarlo: dos bolas conectadas por un muelle que se acercan y se alejan continuamente), aparecen entrelazados, que no sincronizados, vibrando al unísono aunque estén separados físicamente por 240 micras (un mundo a escala atómica, como comparación una tapa de yogur tiene 25 micras de espesor) y ubicados en zonas diferentes de una trampa de iones.

Los investigadores consiguieron reproducir el estado entrelazado un 57% de las veces, lo que ya es significativo, pero han identificado procedimientos para mejorar este porcentaje.

Estos osciladores mecánicos se pueden considerar clásicos o cuánticos en función de su energía y de otras propiedades de la vibración. Por lo tanto, estos resultados muestran la existencia de entrelazamiento cuántico en un grado de libertad que invade el mundo clásico.

Las técnicas empleadas también son todo un avance en sí mismas. Por primera vez se ha conseguido disponer distintos iones en un orden deseado, separándolos y reenfriándolos a la vez que se mantenía el entrelazamiento y realizando después más operaciones cuánticas con los iones. Todas estas técnicas pueden llevar a la generación de osciladores mecánicos mayores y, en concreto, la capacidad de control desarrollada puede ser muy útil para aumentar el tamaño de los sistemas de procesado de información cuántica que emplean iones atómicos atrapados.

Referencia:

Jost, J., Home, J., Amini, J., Hanneke, D., Ozeri, R., Langer, C., Bollinger, J., Leibfried, D., & Wineland, D. (2009). Entangled mechanical oscillators Nature, 459 (7247), 683-685 DOI: 10.1038/nature08006

El Desafío de la Física Cuántica

http://soko.com.ar/Fisica/cuantica/Fisica_cuantica.htm
Autora: Silvia Sokolovsky
Bibliografía
Toda teoría física posee dos componentes esenciales: un formalismo y una interpretación.
El físico representa los conceptos básicos mediante símbolos matemáticos. Por ejemplo, la posición de una partícula (x), la velocidad (v), la masa (m), etc. Establece procedimientos experimentales bien definidos para asignar a estos símbolos valores numéricos. De esta manera, las relaciones conceptuales se transforman en ecuaciones que podrán ser manipuladas por el aparato matemático. La teoría ha adquirido formalismo.
El formalismo es interpretado al asignar un significado a estas expresiones matemáticas.
Cuando se acepta universalmente que todos los símbolos del formalismo son interpretados sin ambigüedad representando alguna propiedad de la realidad, se dice que la teoría queda concluida.
Bien, cualquier teoría física, para ser aceptada, debe hacer predicciones detalladas. Dado un experimento bien definido, la teoría ha de especificar correctamente el resultado o, al menos, asignar probabilidades correctas a todos los resultados posibles. Desde este punto de vista formal la mecánica cuántica puede considerarse extraordinariamente buena. En su calidad de teoría moderna fundamental de las partículas elementales, de los átomos, de las moléculas, de la radiación electromagnética y del estado sólido, suministra métodos para calcular los resultados de la experimentación en todos estos campos. Pero se espera que no sólo sea capaz de determinar los resultados de un experimento sino que nos de alguna comprensión de los sucesos que presumiblemente sustentan los resultados observados (interpretación).
Pongamos un ejemplo: ya vimos que en mecánica cuántica una partícula elemental, presupongamos un electrón, se representa mediante una expresión denominada "función onda". Esta representación no está en contra de la experiencia, por el contrario, la función onda da en forma exacta la probabilidad de hallar el electrón en cierto lugar. Sin embargo, cuando el electrón se detecta realmente, siempre tiene una posición definida aunque la ecuación lo describa frecuentemente como esparcido sobre una región del espacio. A causa de esta ambigüedad muchos hombres de física encuentran más adecuado considerar a la mecánica cuántica como un mero conjunto de reglas que permite predecir los resultados de los experimentos. Como se adelantó en la sección anterior, esta ambigüedad es uno de los conceptos básicos de la mecánica cuántica que más cuesta interpretar. Se vuelve a repetir la vieja cuestión de determinar si los habitantes de la materia microscópica son o no partículas, sin olvidar la relación probabilística de la ecuación onda. No olvidemos que cualquier partícula de menor tamaño que el átomo no se rige por las mismas leyes que los objetos macroscópicos. Este concepto es muy difícil de probar, pero a través de los años se ha intentado.
La función onda, llamada estado cuántico, especifica, hasta donde es posible, todas las cantidades de un sistema físico. Según su visión no todas las cantidades de un sistema tienen simultáneamente valores definidos. El ejemplo más claro de esta aseveración lo constituye el "principio de incertidumbre de Heisemberg" que establece la imposibilidad de definir al mismo tiempo la posición y el momento de una partícula. No hay que olvidar que el estado cuántico de un sistema proporciona de manera inequívoca la probabilidad de cada resultado posible de cada experimento que se desarrolla en el sistema.
Estadísticamente, si la probabilidad es 1 el resultado se producirá sin duda, así como al ser la probabilidad cero, el resultado no se dará. En medio de estos dos extremos se halla toda una gama de posibilidades las que se darán con más frecuencia cuanto más se acerquen a 1.
Para muchos personas, científicos inclusive, esta teoría sigue hallándose en conflicto con una imagen del mundo que muchos consideran obvia y natural. Esta imagen se basa en tres axiomas (por lo tanto se toman como verdades indemostrables).
La primera es el realismo, doctrina que establece que las regularidades observadas en los fenómenos apreciados están causadas por alguna realidad física cuya existencia es independiente del observador.
La segunda premisa establece que la inferencia inductiva es una forma válida para aplicarse libremente, por tanto, podemos deducir conclusiones legítimas a partir de observaciones coherentes.
La tercera premisa se la llama separabilidad o localidad de Einstein.
Expliquemos con un ejemplo para facilitar su entendimiento. Supongamos que se tiene dos personas, muy distanciadas una de otra, con una moneda cada una. Arrojan las monedas una gran cantidad de veces a fin de determinar la probabilidad que salga cara o cruz. El sentido común nos dice que, si las dos personas se alejan lo suficiente, la probabilidad de que una de ellas obtenga cara en un tiro es independiente del resultado obtenido por la otra. Aceptar la independencia de las probabilidades en juego es aceptar que el sistema formado por las dos monedas es "separable". En efecto, aunque antes hayan estado en estrecho contacto (en un bolsillo, por ejemplo), nadie pondrá en duda, en este caso, la vigencia de la separabilidad. Es más, Einstein establece que ningunas influencia (de la clase que sea) puede propagarse más rápido que la velocidad de la luz.
La argumentación a partir de estas premisas conduce a una predicción explícita de los resultados de una determinada clase de experimentos en física de las partículas elementales. También podemos acudir a las reglas de las mecánica para calcular los resultados de estos experimentos. Ambas predicciones son distintas, por lo tanto, o las teorías realistas locales o la mecánica cuántica, tienen que ser falsas.
Einstein se interesó mucho por la mecánica cuántica, a veces desde el punto de vista crítico. Su sentido físico le decía que la exactitud de las predicciones de la teoría no era razón para aceptar la interpretación probabilística de Max Born, Werner Heisemberg, Niels Bohr y otros, conocida como "Interpretación de Copenhague", debido al nombre de la ciudad en la que residía Bohr. Para refutar esta interpretación, Einstein publicó en 1935, junto a Boris Podolsky y Nathan Rose, un célebre artículo titulado "¿Puede considerarse completa la descripción que de la realidad física da la Mecánica Cuántica?.
En aquel tiempo los éxitos de la mecánica cuántica eran ya tales que era natural considerar exactas sus predicciones. Desde ese punto de vista Einstein, Podolsky y Rose (EPR) idearon un hábil experimento imaginario. Calcularon los resultados que debía obtenerse según la mecánica cuántica y razonaron del modo siguiente: <<>>. De allí extraemos que el movimiento de una partícula debe describirse en términos de probabilidad por la única razón de que hay algunos parámetros que determinan el movimiento que todavía no han sido determinados. En cuanto los valores de estas hipotéticas "variables ocultas" lleguen a conocerse se podrá definir una trayectoria totalmente determinista.
Muchísimos físicos han apoyado la visión del argumento EPR tachando de "dogma" a la interpretación Copenhague: <<>> (Teoría alternativa de Bohm a la mecánica cuántica - David Z. Albert - Investigación y Ciencia Nº 214 - Julio 1994 - Pág. 20). El argumento EPR históricamente fue desarrollado a partir de las variables de posición e impulso de dos partículas correlacionadas. David Bohm, del Colegio Birbeck de Londres, la reformuló para variables de espín (1951); su versión modificada sirvió a Jhon Bell de punto de partida para establecer sus famosas desigualdades. Para cualquier partícula la mecánica cuántica prevee la posibilidad de que posea un momento cinético de rotación interna o espín, incluso en el caso de que tal partícula sea estrictamente puntual. Dicho sea de paso, he aquí otro ejemplo de resultado cuántico poco intuitivo. ¿Cómo imaginar, en efecto, la rotación sobre sí mismo de un objeto puntual que, por tanto, carece de estructura interna?...
A partir de 1971 se idearon experimentos destinados a probar cual de las teorías era la correcta. La mayoría suplantó al protón por el fotón (unidad - cuanta - de la radiación electromagnética).
El fotón, unidad fundamental de la luz, puede comportarse como onda o como partícula y persistir en ese estado de ambigüedad hasta que se realiza una medición. Si se mide una propiedad corpuscular se comporta como partícula; si se mide una propiedad ondulatoria, lo hará como onda. Que el fotón sea onda o partícula que queda indefinido hasta que se haga una medición.
La función onda del fotón permite conocer tres "propiedades" del fotón: su dirección, su frecuencia y su polarización lineal. Esta última es análoga al espín de una partícula másica.
El principio de superposición constituyente otra idea fundamental de la mecánica cuántica. Afirma que, a partir de dos estados cuánticos cualesquiera de un sistema, puede formarse otros estados superponiéndolos. En un contexto físico, la operación corresponde a formar un nuevo estado que se "solapa" con cada uno de los estados que lo constituyeron, de la interferencia de dos ondas resulta una tercera.
Basta las dos ideas básicas (incertidumbre y superposición) para advertir que la mecánica cuántica entra en conflicto con el sentido común, nuevamente.
La mayoría de los resultados experimentales están de acuerdo con las predicciones de la mecánica cuántica y discrepan de la de los modelos de las variables ocultas.
Hasta comienzo de la década del ochenta, permitiendo mantener las esperanzas a los defensores incondicionales de variables ocultas:
Para acabar con ese punto débil, Alain Aspect, Jean Dalibard y Gerard Roger, del Instituto de Óptica de la Universidad de Paris, realizaron un espectacular experimento. Ocho años de trabajo exigió el experimento que concluyó en 1982. Se esperaba, pues, que de acuerdo con el teorema, habría violaciones de correlación de la mecánica cuántica en los resultados experimentales. La verdad es que el experimento produjo el resultado opuesto. Los datos de las correlaciones concordaban, dentro del error experimental, con las predicciones mecánico - cuánticas. Aún cuando el experimento no sea absolutamente definitivo, la mayoría de la gente considera que las perspectivas de invertir los resultados son mínimas.
Parece poco probable que la familia de los modelos locales pueda salvarse. Ahora sólo resta hallar cual de las premisas es la que debe corregirse. Todo apunta que la tercera, la llamada separabilidad de Einstein, deberá analizarse cuidadosamente y verificar hasta donde llega su veracidad.

Los estados físicamente reales del universo: momento angular, y carga eléctrica son fractales

¿Pueden los fractales dar sentido al mundo cuántico?
Autor: Mark Buchanan; lynx89 y Victor Murkies

El conjunto invariante (el conjunto que ya no puede perder mas elementos en el universo: el agujero negro, http://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_negro_de_Kerr ) puede describirse completamente usando sólo tres cantidades – su masa, su momento cinético: velocidad por masa por radio(brazo), y la carga eléctrica total.
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http://es.wikipedia.org/wiki/Esponja_de_Menger

Los sistemas complejos se ven afectados por el caos, lo cual significa que su comportamiento se ve influido enormemente por diminutos cambios. De acuerdo con las matemáticas, el conjunto invariante de un sistema caótico es un fractal.


http://es.wikipedia.org/wiki/Alfombra_de_Sierpinski


La teoría cuántica parece ser demasiado extraña para creerla. Las partículas pueden estar en más de un lugar a la vez. Y aún más fantasmagórico, pueden seguir en contacto cuando están separadas una gran distancia.

Einstein pensó que esto era demasiado, creyendo que eran pruebas de grandes problemas en la teoría, como muchos críticos aún sospechan actualmente. Los entusiastas cuánticos señalan el extraordinario éxito de la teoría al explicar el comportamiento de los átomos, electrones y otros sistemas cuánticos. Insisten en que tenemos que aceptar la teoría tal y como es, no importa lo extraña que parezca.

Pero, ¿qué pasaría si hubiese una forma de reconciliar estas dos visiones opuesta, demostrando cómo la teoría cuántica puede emerger de un nivel más profundo de la física no tan extraña?

Si escuchas la matemática de los fractales, dice Palmer, el viejo misterio de la teoría cuántica puede ser mucho más fácil de entender. Incluso podría resolverse.

Que Palmer haga esta argumentación puede parecer un tanto extraño, dado que es un científico climático que trabaja en el Centro Europeo para la Predicción del Clima a Medio Plazo en Reading, Reino Unido. Tiene más sentido si sabes que Palmer estudió relatividad general en la Universidad de Oxford, trabajando bajo el mismo director de tesis doctoral que Stephen Hawking.

Por lo que aunque Palmer ha pasado los últimos 20 años intentando establecer una reputación como climatólogo matemático, también continuó explorando los misterios de sus primeros intereses, la teoría cuántica.

“Ha llevado 20 años de reflexión”, dices Palmer, “pero creo que la mayor parte de las paradojas de la teoría cuántica pueden tener una resolución simple y completa”.

Los argumentos sobre la teoría cuántica han estado debatiéndose desde la década de 1920, empezando con una serie de famosos intercambios entre Einstein y el físico danés Niels Bohr.

Bohr y sus defensores creían que la exitosa descripción de los átomos y la radiación por parte de la teoría indicaban que se debían abandonar los viejos conceptos filosóficos, tales como la idea de que los objetos poseían propiedades definidas incluso cuando nadie los medía.

Einstein y sus seguidores contraatacaron diciendo que tal radicalismo era alarmantemente prematuro. Defendían que gran parte de la extrañeza cuántica no era más que la carencia de un conocimiento adecuado. Encuentra las “variables ocultas” de un sistema cuántico, sospechaba Einstein, y la teoría cuántica puede que tenga sentido, una visión que los entusiastas cuánticos veían como ultraconservadora y fuera de lugar. El debate sigue hoy.

Unificación fractal

Palmer cree que su trabajo demuestra que es posible que Einstein y Bohr puedan haber estado enfatizando distintos aspectos de la misma física sutil. “Mi hipótesis está motivada por dos conceptos que no habrían sido conocidos por los padres fundadores de la teoría cuántica”, comenta: los agujeros negros y los fractales.

Las ideas de Palmer comienzan con la gravedad. La fuerza que hace que las manzanas caigan y mantiene a los planetas en sus órbitas es también el único proceso físico fundamental capaz de destruir los estados atómicos de un descomunal número de partículas. Si la estrella colapsa bajo su propia gravedad para formar un agujero negro, la mayor parte de los átomos son absorbidos al interior, lo que da como resultado que casi toda la compleja estructura desaparece. En lugar de esto, el agujero negro puede describirse completamente usando sólo tres cantidades – su masa, su momento angular, y la carga eléctrica.

Muchos físicos aceptan esta visión, pero Palmer cree que no han llevado sus implicaciones lo bastante lejos. Cuando un sistema se vuelve mas simple, el número de estados que se necesitan para describirlo disminuye. Espera lo suficiente y encontrarás que el sistema alcanza un punto en el que no pueden perderse más estados. En términos matemáticos, este subconjunto especial de estados es conocido como conjunto invariante. Una vez un estado cae en este subconjunto, permanece ahí para siempre, siempre y cuando no se le agreguen nuevos estados.

Debido a que los agujeros negros destruyen estructuras, Palmer sugiere que el universo tiene también un conjunto invariante, bastante más completo.

Los sistemas complejos se ven afectados por el caos, lo cual significa que su comportamiento se ve influido enormemente por diminutos cambios. De acuerdo con las matemáticas, el conjunto invariante de un sistema caótico es un fractal.

Concluye entonces que el universo es un fractal.

Los conjuntos invariantes fractales tienen algunas propiedades geométricas inusuales. Si dibujas uno en un mapa seguiría la misma intrincada estructura que una línea costera. Amplíalo y lo encontrarás en más detalle, con patrones similares a los de la imagen original sin ampliar.

Sólo las matemáticas y la gravedad, sugiere palmar, implican que el conjunto invariante del universo debería tener una estructura igualmente intrincada, y que el universo está atrapado para siempre en este subconjunto de posibles estados. Esto podrí ayudar a explicar por qué el universo parece tan extravagante a nivel cuántico.

Por ejemplo, puede señalar una explicación natural para uno de los mayores misterios de la física cuántica: el propio acto de medir la particulas elementales (el instrumento, el metodo de medida) les da las propiedades. O, dicho de otra forma, los sistemas cuánticos sólo tienen sentido en el contexto de los experimentos concretos que se hacen sobre ellos.

La clave es el conjunto invariante. De acuerdo con la hipótesis de Palmer, el conjunto invariante contiene todos los estados físicamente realistas del universo, Por lo que cualquier estado que no sea parte del conjunto invariante no puede existir físicamente.

Supón que realizas el experimento mental de Kochen-Specker y mides la posición de un electrón. Entonces te preguntas qué habrías encontrado de repetir el experimento, pero esta vez midiendo la velocidad del electrón.

De acuerdo con Palmer, cuando repites el experimento están probando un universo hipotético que es idéntico al real excepto en que el equipo de medida de la posición es reemplazado por uno de medida de velocidad.

Aquí es donde entra en juego la naturaleza fractal del conjunto invariante. Piensa en un lugar de interés que quieres visitar en una línea costera. Si tomas las coordenadas incluso ligeramente mal podrías terminar en el mar en lugar de en el lugar donde quieres estar. De la misma forma, si el universo hipotético no depende de un fractal, entonces el universo no está en el conjunto invariante y por tanto no puede existir físicamente.

Debido a la naturaleza tenue y libre de los fractales, incluso cambios sutiles en los universos hipotéticos podrían causar que cayeran fuera del conjunto invariante. De esta forma, dice Spekkens, la hipótesis de Palmer puede ayudar a darle cierto sentido a la contextualidad cuántica.

“Creo que su aproximación es realmente interesante y novedosa”, dice Spekkens. “Otros físicos han demostrado cómo puedes encontrar una salida al problema de Kochen-Specker, pero este trabajo proporcionar realmente un mecanismo para explicar el teorema”.

Siguiendo a partir de esto, Palmer cree que muchas otras características de la teoría cuántica también pueden encajar. Por ejemplo, la teoría cuántica es famosa por hacer sólo predicciones estadísticas –sólo puede decirte la probabilidad de encontrar un electrón con su espín mecánico cuántico apuntando hacia arriba.

Esto surge de forma natural, sugiere Palmer, debido a que la teoría cuántica es ciega a la intrincada estructura fractal del conjunto invariante. Así como nuestros ojos no pueden discernir los detalles más pequeños de los patrones fractales, la teoría cuántica sólo ve “aproximaciones de grano grueso”, como si estuviésemos mirando a través de una lente borrosa.

Otros físicos parecen inspirados por la novedosa aproximación de Palmer. “Lo que hace esto realmente interesante es que se sale del debate habitual sobre los múltiples universos, variables ocultas y demás”, dice Bob Coecke, físico de la Universidad de Oxford. “Sugiere que podría haber una geometría física subyacente que los físicos han pasado por alto, lo cual es radical y muy positivo”.

Coecke señala que muy pocos científicos que trabajen en la física fundamental han explorado cómo podrían incorporarse los fractales a la teoría, incluso aunque son un lugar común en otras partes de la física.

Palmer espera que esto cambie. En un artículo enviado a la revista Proceedings of the Royal Society A, demuestra cómo la idea básica puede contar para la incertidumbre cuántica, contextualidad y otros misterios cuánticos (www.arxiv.org/abs/0812.1148).

Aún tienen que desarrollarse en todas sus facetas muchos detalles, dice Coecke. “Palmer ha logrado explicar algunos fenómenos cuánticos”, dice, “pero aún no ha derivado toda la estructura rígida de la teoría. Esto es verdaderamente necesario”.

Palmer acepta las críticas y tiene esperanzas de que será capaz de mejorar su teoría con el tiempo. En el mejor de los casos, cree que su marco de trabajo puede proporcionar una forma para unificar finalmente los grupos enfrentados de seguidores de Einstein y Bohr.

Después de todo, la teoría vuelve a la visión de Einstein de que la teoría cuántica está realmente incompleta. Es, dice Palmer, ciego a la estructura fractal del conjunto invariante. Si no lo fuera, el mundo cuántico no sólo sería determinista, sino que nunca exhibiría ningún efecto fantasmal.

Por otra parte, también está de acuerdo con la visión de Bohr y sus seguidores: las propiedades de los sistemas cuánticos individuales no son independientes de todo el mundo, especialmente de los experimentos que usan los humanos para explorarlos. Estamos atrapados por el perturbador hecho de cómo medimos siempre influye en lo que encontramos.

Por ahora, la teoría cuántica sigue siendo un misterio pero su aire de misticismo puede que no dure para siempre.

Ambiciones cuánticas

Cuando Tim Palmer finalizó su doctorado en física en la Universidad Oxford hace 30 años, tuvo la oportunidad de trabajar como posdoctorado con Stephen Hawking en la Universidad de Cambridge. El tema candente en la física teórica en esa época era la supergravedad, una teoría que trataba de incluir la gravedad en un universo con 11 dimensiones.

A pesar del entusiasmo de Hawking por la idea, Palmer permaneció poco entusiasta. A supergravedad toma la teoría cuántica como un incuestionable punto de partida y a partir de ahí trata de llevar la gravedad a este molde, una aproximación que a Palmer le parecía poco atractiva.

“Sentía que la teoría cuántica era como mucho una teoría provisional”, recuerda Palmer.

En lugar de esto, cambió a las ciencias climáticas donde rápidamente estableció una reputación internacional. Hoy Palmer es conocido por ser el pionero de un método llamado previsión conjunta, la cual incorpora el papel del caos para crear una previsión climática que incluye estimaciones específicas de su propia precisión. Pero incluso aunque el trabajo de Palmer se hizo ampliamente influyente – tanto que ha tenido un papel clave en el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático – nunca pudo olvidar los misterios cuánticos que tanto le ocuparon en el pasado.


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Cuanto (física)

http://www.emiliosilveravazquez.com/blog/2009/08/05/fluctuaciones-de-vacio-y-materia-oscura/

Sabemos referirnos al producto o cociente de las unidades físicas básicas, elevadas a las potencias adecuadas, en una cantidad física derivada. Las cantidades físicas básicas de un sistema mecánico son habitualmente la masa (M), la longitud (L) y el tiempo (T). Utilizando estas dimensiones, la velocidad que es una unidad física derivada, tendrá dimensiones L/T y la aceleración tendrá dimensiones L/T². Como la fuerza es el producto de una masa por una aceleración, la fuerza tiene dimensiones MLT^-2. En electricidad, en unidades SI, la corriente, l, puede ser considerada como dimensionalmente independiente y las dimensiones de los demás unidades eléctricas se pueden calcular a partir de las relaciones estándar. La carga, por ejemplo, se puede definir como el producto de la corriente por el tiempo. Por tanto, tiene dimensión IT. La diferencia de potencia está dada por la relación P=Vl, donde P es la potencia. Como la potencia es la fuerza x distancia de dividir el tiempo (MLT²xLxT^-1=ML²T³), el voltaje V está dado por V=ML²T³l^-1. Así queda expresado lo que en física se entiende por dimensiones referido al producto o cociente de las cantidades físicas básicas (como dijimos al principio.)

En física, el término cuanto o quantum que representa una cantidad denotaba en la física cuántica primitiva tanto el valor mínimo(la infinetesima parte de) una determinada magnitud en un sistema físico, como la mínima (infinitesima) variación. Se hablaba de que una determinada magnitud estaba cuantizada (minimizada) según el valor de cuanto (su minimo valor posible). El ejemplo clásico de un cuanto procede de la descripción de la naturaleza de la luz, como la energía de la luz está cuantizada, la mínima cantidad posible de energía que puede transportar la luz sería la que proporciona un fotón (nunca se podrá transportar medio fotón). Esta fue una conclusión fundamental obtenida por Max Planck y Albert Einstein en sus descripciones de la ley de emisión de un cuerpo negro y del efecto fotoeléctrico. Otra magnitud cuantizada en física es la carga eléctrica, cuya unidad mínima es la carga del electrón. La teoría de la física que describe los sistemas cuantizados se denomina mecánica cuántica. Otras magnitudes menos intuitivas también aparecen cuantizadas como el momento angular de un electrón o el spín de una partícula subatómica.
Un ejemplo del modo en que algunas cantidades relevantes de un sistema físico están cuantizadas lo encontramos en el caso de la carga eléctrica de un cuerpo, que sólo puede tomar un valor que sea un múltiplo entero de la carga del electrón.
Louis de Broglie propuso que cada partícula material tiene una longitud de onda, dada por su velocidad e inversamente proporcional a su masa.
La radiación electromagnética es absorbida y emitida por la materia en forma de cuantos de luz o fotones de energía mediante una constante estadística, que se denominó constante de Planck.

Constante de Planck

http://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Planck

En física, la acción es la magnitud que expresa el producto de la energía implicada en un proceso por el tiempo que dura este proceso. Se puede diferenciar según el lapso de tiempo considerado en acción instantánea, acción promedio, etc.
En el Sistema Internacional de Unidades su unidad es el julio · segundo. La acción es una magnitud escalar.

En mecánica clásica la acción es una magnitud física que no es directamente medible, aunque puede ser calculada a partir de cantidades medibles. Entre otras cosas eso significa que no puede definirse sin ambigüedad un cero u origen de la magnitud acción

En mecánica relativista la acción de una partícula libre es proporcional a la longitud recorrida (por la partícula a lo largo de la (geodesica: ruta más corta entre dos puntos para determinado lugar en el espacio)

En mecánica cuántica no relativista la acción está cuantizada (minimizada) siendo la unidad elemental "h", la constante de Planck. Resulta ser proporcional a la fase compleja de la función de ondas de una partícula, tal como sugiere el límite clásico Ecuación de Schrödinger

Tiempo_de_Planck

http://es.wikipedia.org/wiki/Tiempo_de_Planck