Un gato de Schrödinger de zafiro muestra que los efectos cuánticos pueden escalar

Nov 22, 2023

En una astilla de cristal de zafiro dentro de un dispositivo especialmente diseñado (que se muestra), los científicos crearon una imitación del gato de Schrödinger vivo y muerto, en el que el cristal se mueve en dos direcciones simultáneamente.

Mateo Fadel

Por Emily Conover

25 abril 2023 a las 9:00 am

De acuerdo con la gran tradición de los gatos rechonchos, un "gato" cuántico recién creado es particularmente masivo, al menos para el reino cuántico.

Los científicos colocaron una pieza de cristal de zafiro que se movía en lo que se conoce como "estado de gato", en el que un objeto existe en dos estados diferentes simultáneamente. Es una situación que recuerda al felino imaginario favorito de los físicos, el gato de Schrödinger, conocido por estar vivo y muerto al mismo tiempo.

El nuevo gato de zafiro tiene 16 microgramos relativamente pesados, informan los físicos en Science el 21 de abril. Eso es cerca de la mitad de la masa de una pestaña y más de 100 billones de veces la masa de los estados de gato creados previamente con moléculas. "Hemos llegado a un nuevo régimen en el que la mecánica cuántica aparentemente funciona", dice el físico Yiwen Chu de ETH Zurich.

En una parábola cuántica soñada en la década de 1930 por el físico Erwin Schrödinger, un gato queda atrapado en una caja y, debido a los efectos cuánticos, termina vivo y muerto al mismo tiempo (SN: 26/5/16). Este escenario paradójico no ocurre en el mundo real. Si bien las partículas cuánticas son capaces de existir en dos estados distintos simultáneamente, lo que se llama una superposición, esos efectos desaparecen para las cosas del tamaño de un gato.

Los efectos cuánticos normalmente se limitan a átomos, moléculas y similares. El mundo cotidiano visible a los ojos humanos no exhibe propiedades cuánticas. Los científicos pueden persuadir a ciertos objetos diminutos para que muestren características cuánticas (SN: 25/4/18). Pero los científicos no entienden completamente la frontera entre los reinos cuánticos y no cuánticos.

"Realmente acabamos de empezar a entender ese régimen intermedio", dice Benjamin Sussman de la Universidad de Ottawa, que no participó en el nuevo estudio. "Es de un interés realmente profundo ver cómo se escalan estos sistemas cuánticos y cómo se comportan".

Los estados de gato son una variedad especial de comportamiento cuántico que se acercan a recrear la idea de Schrödinger. Son superposiciones de dos estados que son distintos según la física clásica que describe el mundo cotidiano, como un gato vivo o muerto, en lugar de dos estados que existen solo en el dominio cuántico, como los niveles de energía de un átomo.

En el nuevo experimento, los investigadores sacudieron una porción de un cristal de zafiro de tal manera que sus átomos se movieron en dos direcciones a la vez. Esa es una distinción que "captura el espíritu" del gato de Schrödinger, dice Chu.

El movimiento estaba confinado dentro de una astilla del cristal que constaba de 100 billones de átomos. Eso es lo suficientemente grande como para que, si se extrae del resto del cristal, sea visible a simple vista, dice Chu.

Aún así, las oscilaciones de los átomos eran diminutas, alrededor de una millonésima de una billonésima de milímetro, no exactamente la escala de los objetos cotidianos. Otras demostraciones de estados de gato han demostrado una separación espacial mucho mayor, a pesar de estar compuesta por menos átomos.

En el trabajo futuro, Sussman dice que le gustaría ver a los investigadores escalar no solo la masa, sino también el tamaño de las oscilaciones. "Eso va a ser muy difícil, pero será muy interesante".

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Una versión de este artículo aparece en la edición del 3 de junio de 2023 de Science News.

M. Bild et al. Estados de gato de Schrödinger de un oscilador mecánico de 16 microgramos. Ciencia. vol. 380, 21 de abril de 2023, pág. 274. doi: 10.1126/ciencia.adf7553.

La escritora de física Emily Conover tiene un Ph.D. en física de la Universidad de Chicago. Ha ganado dos veces el premio Newsbrief de la Asociación de Escritores Científicos de DC.

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