Para Partículas De Luz Diminutas, 'Antes' Y 'Después' No Significan Nada

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En el mundo cuántico, los conceptos de "antes" y "después" pueden mezclarse.

Debajo de la superficie del mundo familiar hay un mundo más pequeño y cuántico que desafía nuestras ideas fundamentales del tiempo y el espacio.

En este mini mundo, los conceptos de "antes" y "después" se disuelven, de manera que dos eventos pueden preceder y suceder entre sí. En otras palabras, el evento A puede ocurrir antes del evento B, y el evento B puede ocurrir antes del evento A, según un nuevo estudio publicado el 31 de agosto en la revista Physical Review Letters.

Esta idea, llamada "cambio cuántico", fue propuesta por primera vez en 2009 por otro equipo y desde entonces ha sido explorada tanto teórica como experimentalmente. Experimentos anteriores demostraron que el evento A podría preceder y tener éxito al evento B, pero la investigación no pudo decir que estos dos escenarios sucedieron en el mismo lugar, dijo Cyril Branciard, coautora de este nuevo estudio y física en el Instituto NÉEL en Francia. [Los 9 mayores misterios sin resolver en la física]

Para determinar exactamente dónde ocurrieron estas violaciones de la causalidad, los investigadores "implementaron otro cambio cuántico con una arquitectura ligeramente diferente", dijo Branciard a WordsSideKick.com. El nuevo diseño les permitió demostrar experimentalmente que el evento A se estaba produciendo antes y después del evento B, no solo al mismo tiempo, sino también en el mismo lugar, dijo Branciard a WordsSideKick.com.

Branciard y su equipo programaron y observaron cómo un fotón, una partícula cuántica de luz, se movía a través de un circuito. El fotón podría tomar uno de los dos caminos: si el fotón tomó un camino, llamaron al evento de ocurrencia A, y si tomó el otro, lo llamaron evento B.

Se puede pensar que un fotón es tanto una partícula como una onda. Si los investigadores usaron un fotón con una polarización horizontal, la dirección en que estas ondas oscilanel fotón primero viajaría por la ruta A y luego viajaría hacia atrás para pasar a través de la ruta B, lo que significa que el evento A ocurrió antes de B. Si polarizaron verticalmente al fotón, el fotón viajaría primero por la ruta B, luego A, que significa B sucedió antes de A.

Pero en el mundo cuántico, un fenómeno extraño conocido como superposición prevalece. En la superposición, los fotones pueden estar polarizados tanto horizontal como verticalmente, como lo ilustra la famosa paradoja del gato de Schrödinger, en la que un gato en el mundo cuántico podría estar vivo y muerto, dijo Branciard.

Sin embargo, hay un problema: los físicos no pueden realmente ver o medir lo que hacen los fotones; El mero acto de medir destruye la superposición. "La medida obligaría a los fotones a 'elegir' seguir una orden u otra", dijo Branciard.

En su lugar, establecieron una serie de "obstáculos", o elementos ópticos como lentes y prismas, que hicieron que los dos eventos se distinguieran indirectamente entre sí. A medida que los fotones viajaban por los senderos, las lentes y los prismas cambiaban la forma de las ondas de cada fotón. Esto, a su vez, alteró su polarización, una dirección que puede ser hacia arriba, hacia abajo, hacia los lados o realmente en cualquier ángulo, según Branciard. Al final de los viajes de los fotones, los investigadores pudieron medir la nueva polarización.

Branciard y su equipo configuraron sus elementos ópticos de diferentes maneras para que puedan realizar muchas pruebas con diferentes configuraciones. Una combinación de medidas tomadas a lo largo del experimento sirvió como un "testigo causal", un valor que, de ser negativo, significaba que los fotones habrían recorrido ambos caminos al mismo tiempo.

De hecho, cuando los fotones se encontraban en este estado de superposición, el testigo causal fue negativo, lo que demuestra que los fotones recorrieron ambos caminos al mismo tiempo, lo que significa "antes" y "después" no significaron nada para estas pequeñas partículas. El evento A causó el evento B, y el evento B causó el evento A al mismo tiempo.

En el futuro, este interruptor cuántico podría mejorar la comunicación en dispositivos cuánticos, dijo Branciard.

Publicado originalmente en Ciencia viva.


Suplemento De Vídeo: Física Cuántica.




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