Rompen la barrera entre el mundo cuántico y el mundo ordinario

Las baquetas son palitos que se utilizan en los instrumentos de percusión como baterías o tambores. Generalmente son de madera o de fibra de carbono.

Ahora, un equipo de científicos británicos y australianos ha fabricado baquetas de luz capaces de hacer vibrar a un tambor microscópico, consiguiendo que el tambor adopte un comportamiento cuántico: vibra y permanece quieto al mismo tiempo.

El comportamiento de las partículas elementales que integran el mundo cuántico es sorprendente: una partícula puede moverse como una onda, estar en más de un sitio a la vez e incluso comportarse tal como el observador espera de ella.

Lo sorprendente no es sólo que ese comportamiento contradiga las leyes de la física ordinaria, sino también que los objetos que conocemos están formados todos por ese tipo de partículas paradójicas.

Eso supone que en algún lugar existe una frontera que lleva a la materia a comportarse de diferente forma: por debajo de un nivel (el nivel cuántico, donde la materia y la energía se confunden), la materia es paradójica para nosotros, pero por encima de ese nivel (física ordinaria), la materia sigue las leyes que gobiernan nuestra vida.

En la frontera

El experimento objeto de esta investigación ha pretendido situarse en esa frontera entre el mundo cuántico y el mundo físico ordinario y ha conseguido un resultado extraordinario: una baqueta de luz fabricada en laboratorio ha conseguido que un microscópico tambor adopte un comportamiento cuántico. Los resultados se han publicado en la revista en New Journal of Physics.

Las vibraciones mecánicas, como las que crean el sonido de un tambor, son una parte importante de nuestra experiencia cotidiana. Golpear un tambor con un palillo hace que se mueva rápidamente hacia arriba y hacia abajo, produciendo el sonido que escuchamos.

En el mundo cuántico, sin embargo, un tambor puede vibrar y pararse al mismo tiempo. Pero generar ese movimiento cuántico ha sido todo un desafío, señala el autor principal de esta investigación, Martin Ringbauer, en un comunicado del Imperial College of London, ya que "se necesita un tipo especial de baqueta para hacer una vibración cuántica en nuestro pequeño tambor".

Ringbauer continúa: "Adaptamos un truco de la computación cuántica óptica para ayudarnos a tocar el tambor cuántico. Utilizamos una medición con partículas simples de fotones de luz para adaptar las propiedades de la baqueta. Esto proporciona una ruta prometedora para hacer una versión mecánica del gato de Schrodinger, donde el tambor vibra y se detiene al mismo tiempo".

Abriendo caminos cuánticos

Esta investigación se ha situado en la misma frontera del mundo cuántico. El tambor del experimento, al ser estimulado por la baqueta de luz, emitía franjas de interferencia mecánicas, es decir, correspondientes al mundo físico ordinario, pero al mismo tiempo adoptaba un comportamiento cuántico, vibrando y no vibrando a la vez.

Este resultado sorprendente ha llevado a los científicos a pensar en ir más lejos. Quieren perfeccionar su técnica para repetir el experimento a temperaturas cercanas al cero absoluto, donde el tambor podría emitir franjas de interferencias correspondientes al mundo cuántico, y observar lo que pasa al interactuar con una baqueta fotónica.

Según los investigadores, esos experimentos futuros pueden revelar nuevas complejidades de la mecánica cuántica e incluso iluminar el camino a una teoría que vincule el mundo cuántico y la física de la gravedad.

Michael Vanner, otro de los investigadores, añade: "Estos sistemas ofrecen un potencial significativo para el desarrollo de nuevas y potentes tecnologías con mejorías cuánticas, como sensores ultraprecisos y nuevos tipos de transductores”.

Y añade: “esta dirección de investigación también nos permitirá probar los límites fundamentales de la mecánica cuántica mediante la observación de cómo se comportan las superposiciones cuánticas a gran escala".

En los últimos años, el campo emergente de la optomecánica cuántica ha avanzado mucho hacia la meta de un tambor cuántico que utiliza luz láser como un tipo de baqueta. Sin embargo, quedan muchos desafíos técnicos por resolver, por lo que en el presente estudio los autores han adoptado un enfoque provisional que arroja resultados prometedores.

Referencia

Generation of mechanical interference fringes by multi-photon counting. M. Ringbauer et al. New Journal of Physics, Volume 20, May 2018. DOI:https://doi.org/10.1088/1367-2630/aabb8d