La física cuántica sigue siendo rara a larga distancia

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En nuestro día a día hay afirmaciones que parecen de Perogrullo. Por ejemplo, un objeto que yo pueda a ver a simple vista, y que pueda estar en dos o más estados, en un momento dado estará en uno de esos estados en concreto. Esto es, no puede estar en dos estados a la vez: o está arriba o está abajo, o es azul o es rojo, está encendido o apagado. Se entiende la idea.

Otra afirmación de este estilo es que es posible determinar en cual de esos estados está ese objeto sin que ello tenga un efecto sobre el objeto en cuestión o su dinámica. El que yo mire a la pelota no va a afectar el color que ésta tenga, ni la bombilla dejará de estar encendida o apagada porque yo entre en la habitación. También se entiende, y también es de Perogrullo.

Estas dos afirmaciones, evidentes por cotidianas, pueden expresarse matemáticamente en lo que se llama desigualdad de Legget-Garg (DLG). Todos los sistemas macroscópicos realistas cumplen esta desigualdad o, lo que es lo mismo, las dos afirmaciones anteriores.

Pero la mecánica cuántica choca con esta visión realista del mundo. Varios experimentos demuestran que los sistemas cuánticos presentan correlaciones de tiempo que violan la DLG. Ahora, un nuevo experimento DLG que usa datos de la oscilación de los neutrinos se ha convertido en la verificación a más larga distancia de la física cuántica hasta la fecha.

PhysRevLett.117

Un experimento DLG es el análogo temporal de los experimentos que comprueban la desigualdad de Bell, estos muy conocidos. En vez de medir dos sistemas en diferentes lugares (como en el caso de Bell), un experimento DLG tradicionalmente mide el mismo sistema en dos tiempos diferentes. La predicción cuántica es que las correlaciones entre las diferentes medidas pueden exceder los límites impuestos por los modelos clásicos. Los experimentos DLG hasta ahora habían usado distintos sistemas, especialmente cubits superconductores y fotones.

Un problema con los experimentos DLG realizados hasta ahora es que un realista recalcitrante (como Albert Einstein) siempre podía decir que las mediciones perturbaban el sistema y arruinaban los resultados. En este experimento usando neutrinos, Joseph Formaggio, del MIT, y sus colaboradores, minimizaron este efecto simplemente comparando las mediciones en diferentes grupos de neutrinos.

El equipo analizó los datos del experimento MINOS, que mide un haz de neutrinos muónicos con dos detectores: uno cerca de la fuente en el Fermilab (Batavia, Illinois, cerca de Chicago) y el otro a 735 km en la mina Soudan (Minnesota), la distancia más larga a la que jamás se hayan comprobado las desigualdades de Bell o DLG. Pero los neutrinos oscilan entre los tres sabores leptónicos (muón, electrón, tau) periódicamente con el tiempo según se propagan; es lo que se llama oscilación de los neutrinos y su descubridores merecieron el premio Nobel de física en 2015. Por tanto, el detector en Soudan tendría que medir un sabor distinto del muónico en un porcentaje dado de los grupos de neutrinos, debido a la oscilación de éstos.

Los investigadores seleccionaron 715 conjuntos de datos de MINOS y encontraron que 577 de estos conjuntos violaban el límite clásico, lo que representa una violación de más de 6σ. Lo más interesante es que estos resultados descartan un tipo de modelos realistas, intentos de salvar las paradojas cuánticas, en los que el sistema que evoluciona no depende de ningún “recuerdo” de su estado inicial. La física cuántica nos recuerda una vez más que es rara, rara, rara.

Referencia:

J. A. Formaggio et al (2016) Violation of the Leggett-Garg Inequality in Neutrino Oscillations Physical Review Letters doi: PhysRevLett.117.050402

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

1 comentario

  • […] Ahora bien, hay dos ámbitos del conocimiento en los que se producen afirmaciones que parece que contradicen nuestra lógica cotidiana: las matemáticas, en las que el desconocimiento puede producir conocimiento, Saber que tú no sabes me permite saber de Marta Macho, y la mecánica cuántica, que es rara de cerca y de lejos, La física cuántica sigue siendo rara a larga distancia. […]

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