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Los quásares pueden probar un enredo cuántico, o una conspiración de 12 mil millones de años

Física

Michael Irving

21 de agosto de 2018

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La luz de los quásares distantes se ha utilizado como un "giro de moneda" cósmico para ayudar a proporcionar la evidencia más sólida hasta el momento del enredo cuántico (Crédito: draco-zlat / Depositphotos)

El entrelazamiento cuántico, la idea de que dos partículas pueden permanecer inextricablemente vinculadas a lo largo de vastas distancias, es un concepto extraño que el propio Einstein tuvo problemas para aceptar, y aún durante las últimas décadas se ha demostrado experimentalmente una y otra vez. Pero, ¿hay otras variables involucradas que simplemente no entendemos todavía? Para averiguarlo, los investigadores del MIT ahora han realizado un experimento que proporciona la evidencia más sólida hasta el momento de un enredo cuántico o una "conspiración" que se remonta a más de 12 mil millones de años.

Si tuviera que estudiar un par de partículas que estaban enmarañadas cuánticamente, la medición de las propiedades físicas de una partícula afecta instantáneamente a la misma propiedad de su compañero, sin importar cuánto espacio los separe. La física clásica dice que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz, pero el entrelazamiento cuántico rompe las reglas al permitir que esas partículas se comuniquen más de 10.000 veces más rápido.

Cuando Einstein notó por primera vez el fenómeno, que lo llamó "acción espeluznante a distancia", se consideró una prueba de que nuestra comprensión de la teoría cuántica era incompleta. Einstein dijo que las "variables ocultas" deben estar interfiriendo, que aún no se han descubierto.

En la década de 1960, el físico John Bell intentó cuantificar la influencia de estas variables ocultas. Si estás probando pares de partículas, dice Bell, hay un cierto límite en el que las correlaciones se vuelven demasiado regulares para ser una mera coincidencia. Cualquier correlación superior a este límite es la evidencia más probable de entrelazamiento cuántico. Sin embargo, de manera frustrante, los experimentos diseñados para probar la desigualdad de Bell podrían introducir lagunas, a través de las cuales esas variables ocultas podrían alterar los resultados nuevamente.

Cerrando la laguna

Esas lagunas pueden ser tan espeluznantes como el enredo cuántico en sí. Una de las más difíciles de cerrar es la "libertad de elección" o la "laguna de libre albedrío". Básicamente, ¿qué sucede si alguna fuerza desconocida está manipulando la decisión del investigador sobre qué medir? ¿El resultado parece una correlación cuando en realidad no lo es?

Una forma de cerrar esa laguna es eliminar la decisión humana del experimento. En pruebas anteriores, los científicos utilizaron generadores de números aleatorios para hacer una elección de una fracción de segundo sobre qué propiedad se iba a medir entre pares de fotones, pero incluso se pensaba que esto dejaba un espacio. Después de todo, es posible que la realidad local no tenga mucho tiempo para influir en un evento solo nanosegundos antes de que ocurra.

Así que los investigadores del MIT decidieron la prueba definitiva: ¿Qué sucede si ya se ha tomado la "decisión", miles de millones de años antes de que se haya concebido el experimento?

Tirón de moneda cósmica

Digamos que estás estudiando dos bolas de goma para ver si son iguales. Puedes verificar si son del mismo color o del mismo tamaño, y para tomar esa decisión, lanzas una moneda para aleatorizarla. Eso es esencialmente lo que los investigadores del MIT estaban haciendo en el último experimento, pero la moneda se lanzó hace 8 mil millones de años. Las variables ocultas van a tener dificultades para interferir con eso.

Los investigadores emitieron pares de fotones enredados en direcciones opuestas a lo largo de un túnel, hacia detectores en cada extremo. Antes de que los fotones golpearan los detectores, un "giro de moneda" cambió el ángulo de esos detectores para medir una propiedad diferente de los fotones.

En este caso, la "moneda" era luz de dos quásares distantes. Los investigadores utilizaron dos grandes telescopios en las Islas Canarias para monitorear estos increíblemente brillantes objetos celestes y tomar la decisión. Si la luz de un solo fotón del cuásar era roja, inclinaría el detector en un ángulo. Si fuera azul, se inclinaría de otra manera.

Lo bueno es que uno de estos quásares está a 7.8 billones de años luz de distancia, y el otro está a 12.2 billones de años luz, lo que significa que la luz de ellos tardó tanto en llegar aquí. La decisión sobre cómo medir los fotones enredados fue de hasta 12, 2 mil millones de años en la fabricación.

"La Tierra tiene unos 4.500 millones de años, por lo que cualquier mecanismo alternativo, diferente de la mecánica cuántica, que podría haber producido nuestros resultados al explotar esta laguna legal, tendría que estar en su lugar mucho antes de que existiera un planeta Tierra. solo un MIT ", dice David Kaiser, coautor del estudio. "Así que hemos reenviado cualquier explicación alternativa a principios de la historia cósmica".

Los investigadores realizaron este mismo experimento dos veces durante 15 minutos cada vez, utilizando dos pares de quásares diferentes. En general, midieron más de 30, 000 pares de partículas enredadas, que mostraron correlaciones más allá del límite de Bell. Luego, el equipo calculó que la probabilidad de que las variables clásicas ocultas se metan con los resultados sería de aproximadamente uno en cien mil millones de millones de dólares.

"Si se está produciendo una conspiración para simular la mecánica cuántica mediante un mecanismo que en realidad es clásico, ese mecanismo habría tenido que comenzar sus operaciones; de alguna manera sabría exactamente cuándo, dónde y cómo se iba a realizar este experimento: al menos 7.800 millones. Hace años ", dice Alan Guth, coautor del estudio. "Eso parece increíblemente inverosímil, así que tenemos pruebas muy sólidas de que la mecánica cuántica es la explicación correcta".

Los investigadores admiten que todavía hay una posibilidad extremadamente pequeña de que los resultados salieron a través de una laguna. En el futuro, el equipo planea realizar una prueba similar utilizando algunas de las luces más antiguas del universo: la radiación de microondas proveniente del Big Bang en sí.

La investigación fue publicada en la revista Physical Review Letters .

Fuente: MIT

Un diagrama que explica la configuración experimental del equipo del MIT (Crédito: MIT)

La luz de los quásares distantes se ha utilizado como un "giro de moneda" cósmico para ayudar a proporcionar la evidencia más sólida hasta el momento del enredo cuántico (Crédito: draco-zlat / Depositphotos)

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