En las escalas más pequeñas, nuestra visión intuitiva de la realidad ya no aplica. Es casi como si la física fuera fundamentalmente indecisa, una verdad que se vuelve más difícil de ignorar a medida que nos acercamos a las partículas que pixelan nuestro universo.
© (Yuichiro Chino/Moment/Getty Images)
Sin embargo, a pesar de un siglo de experimentos que muestran cuán útil es la teoría cuántica para explicar lo que vemos, es difícil deshacerse de nuestra visión "clásica" de los componentes básicos del Universo como elementos confiables en el tiempo y el espacio. Incluso Einstein se vio obligado a preguntar a su colega físico: "¿Realmente crees que la Luna no está allí cuando no la estás mirando?".
Numerosos físicos se han preguntado a lo largo de décadas si existe alguna forma de que la física que utilizamos para describir experiencias macroscópicas también pueda utilizarse para explicar toda la física cuántica.
Ahora, un nuevo estudio también ha determinado que la respuesta es un gran y rotundo no.
Específicamente, los neutrones disparados en un haz en un interferómetro de neutrones pueden existir en dos lugares al mismo tiempo, algo que es imposible en la física clásica.
La prueba se basa en una afirmación matemática llamada la desigualdad de Leggett-Garg, que establece que un sistema siempre está de manera determinada en uno u otro de los estados disponibles para él. Básicamente, el gato de Schrödinger está vivo o muerto, y podemos determinar en cuál de esos estados se encuentra sin que nuestras mediciones afecten el resultado.
Los macrosistemas (aquellos que podemos comprender de forma fiable utilizando únicamente la física clásica) obedecen a la desigualdad de Leggett-Garg. Pero los sistemas en el reino cuántico lo violan. El gato está vivo y muerto simultáneamente, una analogía de la superposición cuántica.
"La idea detrás de esto es similar a la más famosa desigualdad de Bell, por la que se concedió el Premio Nobel de Física en 2022", dice la física Elisabeth Kreuzgruber de la Universidad Tecnológica de Viena.
"Sin embargo, la desigualdad de Bell trata de la cuestión de cuán fuertemente está relacionado el comportamiento de una partícula con otra partícula cuántica entrelazada. La desigualdad de Leggett-Garg trata sólo de un único objeto y plantea la pregunta: ¿cómo es su estado en momentos específicos en el tiempo relacionado con el estado del mismo objeto en otros momentos específicos?"
El interferómetro de neutrones consiste en disparar un haz de neutrones a un objetivo. A medida que el haz viaja a través del aparato, éste se divide en dos, y cada una de las puntas del haz recorre caminos separados hasta que luego se recombinan.
El teorema de Leggett y Garg establece que una medición en un sistema binario simple puede dar efectivamente dos resultados. Si se vuelve a medir en el futuro, esos resultados estarán correlacionados, pero sólo hasta cierto punto.
© Vienna University of TechnologyUn diagrama del experimento que muestra el haz de neutrones dividido en dos antes de ser recombinado.
"Sin embargo, no es tan fácil investigar esta cuestión experimentalmente", afirma el físico Richard Wagner de la Universidad Tecnológica de Viena. "Si queremos probar el realismo macroscópico, entonces necesitamos un objeto que sea macroscópico en cierto sentido, es decir, que tenga un tamaño comparable al tamaño de nuestros objetos cotidianos habituales".
Para lograrlo, el espacio entre las dos partes del haz de neutrones en el interferómetro está en una escala más macro que cuántica.
"La teoría cuántica dice que cada neutrón viaja en ambos caminos al mismo tiempo", afirma el físico Niels Geerits de la Universidad Tecnológica de Viena. "Sin embargo, los dos haces parciales están separados por varios centímetros. En cierto sentido, estamos ante un objeto cuántico que es enorme según los estándares cuánticos".
Utilizando varios métodos de medición diferentes, los investigadores probaron los haces de neutrones en diferentes momentos. Y, efectivamente, las mediciones estaban demasiado correlacionadas como para que entraran en juego las reglas clásicas de la realidad macro. Los neutrones, según sugerían sus mediciones, en realidad viajaban simultáneamente en dos caminos separados, separados por una distancia de varios centímetros.
Es sólo el último de una larga serie de experimentos de Leggett-Garg que muestran que realmente necesitamos la teoría cuántica para describir el Universo en el que vivimos.
"Nuestro experimento demuestra que la naturaleza es realmente tan extraña como afirma la teoría cuántica", afirma el físico Stephan Sponar de la Universidad Tecnológica de Viena. "No importa qué teoría clásica, macroscópicamente realista, se te ocurra: nunca podrá explicar la realidad. No funciona sin la física cuántica".
La investigación ha sido publicada en Physical Review Letters.
Comentario: Y parece que es aún más 'extraño' que eso: (2023) Los avances cuánticos revelan que la realidad depende del contexto, la medición y el sistema - los científicos se ven obligados a replantearse la naturaleza de la realidad
Véase también (en inglés):