El Gato de Cheshire cuántico.

Desde sus inicios, la teoría cuántica ha revelado fenómenos extraordinarios y contraintuitivos, como la dualidad onda-partícula, los gatos de Schrödinger y la no localidad cuántica. Otro fenómeno paradójico hallado en el marco de la mecánica cuántica es el “gato de Cheshire cuántico”: si un sistema cuántico se somete a una determinada preselección y postselección, puede comportarse como si una partícula y su propiedad estuvieran separadas espacialmente.

El fenómeno recibe el nombre del enigmático felino del cuento de “Alicia en el país de las maravillas”, que se desvanece dejando su sonrisa flotando en el aire.

Denkmayr, T., Geppert, H., Sponar, S. et al. Observation of a quantum Cheshire Cat in a matter-wave interferometer experimentNat Commun 5, 4492 (2014). https://doi.org/10.1038/ncomms5492. DESCARGAR PDF

Para su hazaña, que describen en la revista especializada Nature Communications, los investigadores tomaron un haz de neutrones y los separaron de sus momentos magnéticos, como cuando los pasajeros se separan brevemente de su equipaje en el control de seguridad de los aeropuertos.

Y el mismo truco de separación podría en principio realizarse con cualquier propiedad de cualquier objeto cuántico, aseguran sus creadores, científicos de la Universidad de Tecnología de Viena, Austria.

Se ha sugerido emplear mediciones débiles para explorar la naturaleza del Gato de Cheshire. Aquí informamos de un experimento en el que envían neutrones a través de un interferómetro de cristal de silicio perfecto y se realizan mediciones débiles para sondear la ubicación de la partícula y su momento magnético. Los resultados experimentales sugieren que el sistema se comporta como si los neutrones atravesaran una trayectoria del haz, mientras que su momento magnético viaja por la otra.

En la clásica historia para niños de Lewis Carroll, el Gato de Cheshire desaparece lentamente del cielo y deja solamente su sonrisa pícara. Ante esto, Alicia exclama: “He visto a menudo un gato sin sonrisa, pero no una sonrisa sin gato. ¡Es la cosa más curiosa que he visto en mi vida!”

La idea de un “Gato de Cheshire cuántico” fue propuesta por primera vez en 2010 por Jeff Tollasksen, de la Universidad de Chapman, en Estados Unidos, uno de los autores de este nuevo trabajo.

El gato (el neutrón) va por el camino de arriba, y su sonrisa (el momento magnético) va por el de abajo.

En el mundo que conocemos, un objeto y sus propiedades siempre van juntos. Una pelota que gira, por ejemplo, no puede separarse de su rotación. La teoría cuántica predice que una partícula (como un fotón o un neutrón) puede separarse físicamente de una de sus propiedades, como su polarización o su momento magnético (la fuerza con la que se acopla a un campo magnético externo).

“Encontramos el gato en un lugar, y su sonrisa en otro”, explican los investigadores. La analogía felina es un guiño al gato de Schrodinger – el experimento imaginario en el que, dentro de una caja, un gato está muerto y vivo al mismo tiempo, ilustrando un fenómeno cuántico conocido como superposición.

La precisión del gato cuántico

Para probar que el Gato de Cheshire no es sólo una teoría simpática, los científicos usaron una máquina llamada interferómetro en el Instituto Laue-Langevin (ILL) en Grenoble, Francia.

Allí hicieron pasar un haz de neutrones por un cristal de silicona dirigiéndolo en dos caminos diferentes, como los pasajeros y sus maletas en el control de los aeropuertos. Al aplicar filtros y una técnica conocida como “post selección” pudieron detectar la separación física de los neutrones de sus momentos magnéticos. “El sistema se comporta como si los neutrones fueran por un camino, mientras sus momentos magnéticos viajan por el otro”, detallaron los expertos.

Pero para poder ver este Gato de Cheshire se requiere lo que los físicos cuánticos llaman una “medición débil”, en la que interactúan con un sistema muy suavemente para evitar que colapse de su estado cuántico a uno clásico. Sus delicados aparatos pueden tener aplicaciones útiles para la metrología de alta precisión, dicen los autores. “Por ejemplo, uno podría imaginar una situación en la que el momento magnético de una partícula eclipsa a otra de las propiedades de la partícula que uno quiere medir con mucha precisión”.

“El efecto del Gato de Cheshire puede dar lugar a una tecnología que permita separar el momento magnético no deseado a una región donde no cause perturbación a la medición de alta precisión de la otra propiedad”, dicen los creadores del enigmático gato cuántico.


FUENTE: BBC News. James Morgan

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