Nuevo logro en Superposición Cuántica: 2000 átomos en dos sitios a la vez

Ilustración artística de la deslocalización de las moléculas masivas utilizadas en el experimento (© Yaakov Fein, Universität Wien).

"Nuestros experimentos muestran que la mecánica cuántica, con toda su rareza, también es increíblemente robusta. Soy optimista de que los experimentos futuros la probarán en una escala aún más masiva", dice Fein.

El principio de superposición cuántica ha sido probado en una escala como nunca antes, según un nuevo estudio realizado por científicos de la Universidad de Viena en colaboración con la Universidad de Basilea.

El trabajo, que será publicado en Nature Physics, ha demostrado que las moléculas complejas compuestas de casi dos mil átomos fueron llevadas a una superposición cuántica y se hizo que interfirieran. Al confirmar este fenómeno, "el corazón de la mecánica cuántica", en palabras de Richard Feynman, en una nueva escala de masas, se han mejorado las restricciones sobre teorías alternativas a la mecánica cuántica.

El principio de superposición es un sello distintivo de la teoría cuántica que surge de una de las ecuaciones más fundamentales de la mecánica cuántica, la ecuación de Schrödinger. Describe partículas en el marco de funciones de onda, que, al igual que las ondas de agua en la superficie de un estanque, pueden exhibir efectos de interferencia. Pero en contraste con las ondas de agua, que son un comportamiento colectivo de muchas moléculas de agua que interactúan, las ondas cuánticas también pueden asociarse con partículas aisladas.

¿Cuántico a Clásico?

Quizás el ejemplo más elegante de la naturaleza ondulatoria de las partículas es el experimento de doble rendija, en el que la función de onda de una partícula pasa simultáneamente por dos rendijas e interfiere. Este efecto se ha demostrado para fotones, electrones, neutrones, átomos e incluso moléculas, y plantea una pregunta con la que los físicos y filósofos han luchado desde los primeros días de la mecánica cuántica: ¿cómo transitan estos extraños efectos cuánticos al mundo clásico con el que todos estamos familiarizados?

Enfoque experimental

Los experimentos de Markus Arndt y su equipo en la Universidad de Viena abordan esta cuestión de la manera más directa posible, es decir, al mostrar interferencia cuántica con objetos cada vez más masivos. Las moléculas en los experimentos recientes tienen masas superiores a 25,000 unidades de masa atómica, varias veces más grandes que el registro anterior. Una de las moléculas más grandes enviadas a través del interferómetro […], está compuesta por más de 40,000 protones, neutrones y electrones, con una longitud de onda de De Broglie que es mil veces más pequeña que el diámetro de incluso un solo átomo de hidrógeno. Marcel Mayor y su equipo de la Universidad de Basilea utilizaron técnicas especiales para sintetizar moléculas tan masivas que eran lo suficientemente estables como para formar un haz molecular en el vacío ultra alto. […]

“En estos experimentos, las moléculas permanecieron en una superposición durante más de 7 ms, el tiempo suficiente para establecer nuevos límites interferométricos en modelos cuánticos alternativos.

"Nuestros experimentos muestran que la mecánica cuántica, con toda su rareza, también es increíblemente robusta. Soy optimista de que los experimentos futuros la probarán en una escala aún más masiva", dice Fein.

La línea entre lo cuántico y lo clásico se vuelve cada vez más difusa.

Artículo completo en: Universidad de Viena