Paso da física cuántica á física clásica

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

• Fisika

Os científicos Serge Haroche e Jean-Michel Raymond, que traballan na organización parisiense ENS ou “Ecole Normale Supérieure”, realizaron un interesante ensaio no laboratorio coa axuda do seu equipo. Os resultados foron publicados na revista “Physical Review Letters” da American Physical Society, na que se indica que existe un fenómeno físico denominado “deshabituación cuántica”. Este proceso parece asegurar a transición dun mundo infinitamente pequeno (o mundo da física cuántica) ao noso mundo (o mundo da física clásica). É, por tanto, a unión entre ambos os mundos.

Científicos do National Institute of Standards and Technology de Colorado viron dúas situacións “superpuestas” do obxecto cuántico. Na imaxe pódese ver o mesmo átomo simultaneamente en dous lugares distintos (marcados por frechas).

Nos últimos setenta anos os físicos discutiron sobre a nosa capacidade de “comprender” o universo microscópico que describe a teoría cuántica. Einstein, por exemplo, pensaba que a física cuántica estaba matematicamente recta, pero non consideraba certos os fenómenos estraños que describía. Por mor destes fenómenos estraños, Richard Feynman dixo: “A física cuántica ninguén entende”. Con todo, no ensaio do ENS acaban de ver a ponte entre o mundo microscópico e o macroscópico.

Relación entre o mundo microscópico e o macroscópico

A dificultade paira unir estes dous mundos radica na lóxica particular da física cuántica. As súas leis son independentes dos principios das persoas comúns. No mundo cuántico, a mesma partícula pode atoparse en dous lugares simultaneamente (principio de incerteza). Ademais, calquera partícula microscópica é á vez una onda (duplicidade onda/corpúsculo).

Por tanto, como relacionar as partículas elementais que se rexen polas leis da física cuántica co obxecto macroscópico formado polo conxunto de moitas delas (esta revista, por exemplo)? E é que esta revista non está en dous sitios á vez e non é obxecto e onda á vez.

Átomo excitado de berilio. No universo cuántico o obxecto pode estar en dúas situacións á vez. No ensaio de ENS, una onda electromagnética na “cavidade cuántica”, axitada cun átomo de berilio moi excitado (1), dividiuse en dúas situacións superpuestas (2). Ao cabo de 40 microsegundos, una (3) destas circunstancias desapareceu en beneficio do outro (4). Este “tránsito” desde o mundo cuántico á realidade clásica nunca foi visto directamente.

Está claro que cando se cambia de nivel cuántico a nivel macroscópico o comportamento da materia cambia e os científicos franceses han visto como se produce ese cambio.

Supoñamos que una partícula elemental atópase simultaneamente en dous lugares distintos. Pódese disparar un electrón do átomo sen saber si vai ir á esquerda ou á dereita. De feito, segundo a teoría cuántica lánzase simultaneamente en dous sentidos. Neste estado cuántico hai dous estados superpuestos: o da esquerda e o da dereita. Con todo, se tivésemos dous medidores (un de esquerda e outro de dereita), en moi pouco tempo só un aparello detectaría o electrón (o da dereita, por exemplo). E pensamos que o electrón saíu en dúas direccións porque non sabiamos a verdadeira dirección ata que nós detectamos os aparellos? Segundo a física cuántica non. O electrón lanzouse ao mesmo tempo a ambos os dous lados porque os dous estados (o esquerdo e o dereito) estaban unidos e non se podían separar.

No momento da medición produciuse una “deshabituación” na superposición dos estados “esquerdo” e “dereito” a favor do “dereito”. Os instrumentos de medida permitiron pasar da “realidade” cuántica á “realidade” clásica. A propia medición cambia a natureza do fenómeno. A súa coherencia cuántica pérdese e convértese en clásica. Por iso é difícil detectar o proceso de deshabituación.

Realidade cuántica

A pesar de que moitos científicos consideran que non é posible que una mesma partícula estea en dous lugares á vez na realidade, viron “” as dúas situacións superpuestas no National Institute of Standards and Technology de Colorado de Estados Unidos. No entanto, os investigadores non viron esa desvantaxe conxuntural paira una soa ocasión e podíase dubidar da existencia real deste proceso. Con todo, o equipo de ENS detectou este proceso de deshabituación e demostrou sen dúbida que non é un mero modelo matemático, senón una “realidade” do mundo microscópico.