El observador determina el estado de una partícula incluso en el espacio

Una experiencia propuesta en 1978 por el físico John Wheeler ha sido realizada de nuevo utilizando satélites en el espacio, sobre los cuales rebotaban fotones emanados de un láser. La distancia recorrida por los fotones ha sido de 3.500 kilómetros y los resultados obtenidos confirman las predicciones de la mecánica cuántica.

Se trata de la “experiencia de elección retardada” de Wheeler, que consiste en que a una partícula en movimiento se le da la opción de actuar como una partícula (objeto) o como una onda, con la finalidad de determinar en qué momento la partícula decide el estado con el que va a continuar su trayectoria.

Lo que se ha comprobado es que la partícula no decide su estado hasta que el observador se pronuncia configurando el instrumento de medida, que es el que determina el estado final de la partícula (onda o corpúsculo). Esto se ha comprobado en laboratorio, en espacios limitados (hasta 50 metros), pero hasta ahora no se sabía si este fenómeno podía ocurrir a distancias más largas.

Francesco Vedovato y Paolo Villoresi, de la Universidad de Padua, y su equipo, quisieron averiguar lo que pasaría con la experiencia de elección retardada si se realizaba con la ayuda de un rayo láser recorriendo una larga distancia.

Tal como se explica en un artículo publicado en Science, se valieron de los instrumentos disponibles en el Matera Laser Ranging Observatory (MLRO) italiano para realizar un interferómetro de  Mach-Zender gigante, conectando el observatorio terrestre y los satélites en órbita a través de un rayo láser.

El interferómetro de Mach–Zehnder es un dispositivo utilizado para determinar las variaciones de cambio de fase relativas entre dos haces de luz paralelos emanados de una misma fuente de luz.

A pesar de la distancia aproximada de 3.500 kilómetros recorrida por los fotones durante el experimento, la experiencia de elección retardada de Wheeler proporcionó los mismos resultados obtenidos en los experimentos terrestres anteriores, lo que confirma la validez universal de las ecuaciones de la física cuántica, según los investigadores.

El resultado obtenido, tanto en términos del significado físico fundamental como de las técnicas experimentales utilizadas, estimulará aún más las aplicaciones de las comunicaciones cuánticas en el espacio, añaden los científicos.

Dualidad también en el espacio

La dualidad onda-partícula es un fenómeno cuántico, bien comprobado empíricamente, por el cual muchas partículas pueden exhibir comportamientos típicos de ondas en unos experimentos, mientras en otros aparecen como partículas compactas y localizadas (corpúsculos).

Sin embargo, no es posible concebir un experimento en el que ambos rasgos se observen al mismo tiempo, y por esta razón los físicos se han preguntado si la configuración experimental  (el observador) es el que causa el comportamiento ondulatorio o corpuscular de las partículas.

Esto fue lo que llevó a John Wheeler a introducir la idea de un experimento de elección tardía, es decir, un experimento que espera a que la partícula haya hecho su elección (onda o corpúsculo) para proceder a su medición (determinar su presencia en el espacio).

Wheeler quiso retrasar la medición durante un experimento para  ver si la partícula elegía por sí misma su futuro, pero descubrió que ese tiempo adicional concedido a la partícula no cambia las cosas, ya que finalmente se comporta según las indicaciones del observador (la configuración del instrumento de medida).

Lo que ha descubierto el nuevo estudio es que en el espacio este fenómeno se reproduce con la misma exactitud que en un laboratorio terrestre. No importa la distancia concedida a la partícula para decidir su manifestación: la partícula espera la instrucción del observador para elegir su comportamiento.

De esta forma, gracias a las distancias espaciales, se ha confirmado una de las suposiciones de la teoría cuántica: que la partícula conserva la dualidad onda partícula en largas distancias, durante todo el tiempo de experimento, en un contexto, el espacio, en el que la gravedad podría jugar un papel. La naturaleza de un fotón permanece indefinida incluso a lo largo de miles de kilómetros.

Referencia

Extending Wheeler’s delayed-choice experiment to space. Science Advances  25 Oct 2017: Vol. 3, no. 10, e1701180. DOI: 10.1126/sciadv.1701180