Paso de la física cuántica a la física clásica

1997/12/01 Ikonicoff, Roman Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika

Los científicos Serge Haroche y Jean-Michel Raymond, que trabajan en la organización parisina ENS o “Ecole Normale Supérieure”, han realizado un interesante ensayo en el laboratorio con la ayuda de su equipo. Los resultados han sido publicados en la revista “Physical Review Letters” de la American Physical Society, en la que se indica que existe un fenómeno físico denominado “deshabituación cuántica”. Este proceso parece asegurar la transición de un mundo infinitamente pequeño (el mundo de la física cuántica) a nuestro mundo (el mundo de la física clásica). Es, por tanto, la unión entre ambos mundos.

Científicos del National Institute of Standards and Technology de Colorado han visto dos situaciones “superpuestas” del objeto cuántico. En la imagen se puede ver el mismo átomo simultáneamente en dos lugares distintos (marcados por flechas).

En los últimos setenta años los físicos han discutido sobre nuestra capacidad de “comprender” el universo microscópico que describe la teoría cuántica. Einstein, por ejemplo, pensaba que la física cuántica estaba matemáticamente recta, pero no consideraba ciertos los fenómenos extraños que describía. A raíz de estos fenómenos extraños, Richard Feynman dijo: “La física cuántica nadie entiende”. Sin embargo, en el ensayo del ENS acaban de ver el puente entre el mundo microscópico y el macroscópico.

Relación entre el mundo microscópico y el macroscópico

La dificultad para unir estos dos mundos radica en la lógica particular de la física cuántica. Sus leyes son independientes de los principios de las personas comunes. En el mundo cuántico, la misma partícula puede encontrarse en dos lugares simultáneamente (principio de incertidumbre). Además, cualquier partícula microscópica es a la vez una onda (duplicidad onda/corpúsculo).

Por lo tanto, ¿cómo relacionar las partículas elementales que se rigen por las leyes de la física cuántica con el objeto macroscópico formado por el conjunto de muchas de ellas (esta revista, por ejemplo)? Y es que esta revista no está en dos sitios a la vez y no es objeto y onda a la vez.

Átomo excitado de berilio. En el universo cuántico el objeto puede estar en dos situaciones a la vez. En el ensayo de ENS, una onda electromagnética en la “cavidad cuántica”, agitada con un átomo de berilio muy excitado (1), se ha dividido en dos situaciones superpuestas (2). Al cabo de 40 microsegundos, una (3) de estas circunstancias ha desaparecido en beneficio del otro (4). Este “tránsito” desde el mundo cuántico a la realidad clásica nunca fue visto directamente.

Está claro que cuando se cambia de nivel cuántico a nivel macroscópico el comportamiento de la materia cambia y los científicos franceses han visto cómo se produce ese cambio.

Supongamos que una partícula elemental se encuentra simultáneamente en dos lugares distintos. Se puede disparar un electrón del átomo sin saber si va a ir a la izquierda o a la derecha. De hecho, según la teoría cuántica se lanza simultáneamente en dos sentidos. En este estado cuántico hay dos estados superpuestos: el de la izquierda y el de la derecha. Sin embargo, si tuviéramos dos medidores (uno de izquierda y otro de derecha), en muy poco tiempo sólo un aparato detectaría el electrón (el de la derecha, por ejemplo). ¿Y hemos pensado que el electrón ha salido en dos direcciones porque no sabíamos la verdadera dirección hasta que nosotros detectamos los aparatos? Según la física cuántica no. El electrón se ha lanzado al mismo tiempo a ambos lados porque los dos estados (el izquierdo y el derecho) estaban unidos y no se podían separar.

En el momento de la medición se ha producido una “deshabituación” en la superposición de los estados “izquierdo” y “derecho” a favor del “derecho”. Los instrumentos de medida han permitido pasar de la “realidad” cuántica a la “realidad” clásica. La propia medición cambia la naturaleza del fenómeno. Su coherencia cuántica se pierde y se convierte en clásica. Por eso es difícil detectar el proceso de deshabituación.

Realidad cuántica

A pesar de que muchos científicos consideran que no es posible que una misma partícula esté en dos lugares a la vez en la realidad, han “visto” las dos situaciones superpuestas en el National Institute of Standards and Technology de Colorado de Estados Unidos. No obstante, los investigadores no vieron esa desventaja coyuntural para una sola ocasión y se podía dudar de la existencia real de este proceso. Sin embargo, el equipo de ENS ha detectado este proceso de deshabituación y ha demostrado sin duda que no es un mero modelo matemático, sino una “realidad” del mundo microscópico.