F?SICA Paradojas cu¨¢nticas Unos f¨ªsicos presentan un experimento que emula al 'gato de Schr?dinger'

En la ¨²ltima reuni¨®n de la Sociedad Americana de F¨ªsica, J.R. Friedman y sus colaboradores anunciaron que hab¨ªan realizado un experimento con el que hab¨ªan emulado al gato de Schr?dinger, el singular experimento te¨®rico propuesto en 1935 por este f¨ªsico, uno de los padres de la mec¨¢nica cu¨¢ntica, en el que un gato estar¨ªa vivo y muerto a la vez. En el ensayo ahora presentado no se trata de un objeto del tama?o de un gato, pero s¨ª lo suficientemente grande como para que se pueda volver a traer a colaci¨®n la famosa paradoja de Schr?dinger.

Cuando en 1935 Erwin Schr?dinger propuso su famosa paradoja quiso poner de manifiesto las limitaciones de la mec¨¢nica cu¨¢ntica cuando se tomaban los estados vivo y muerto como estados de superposici¨®n cu¨¢ntica. Para ello, Schr?dinger dise?¨® un experimento mental que consist¨ªa en lo siguiente: en una habitaci¨®n ideal, completamente aislada del exterior, hay un gato y una ampolla con gas cianuro suficiente como para matar al gato.Existe un mecanismo foto-detector que rompe la ampolla cuando un fot¨®n de luz incide sobre ¨¦l. Mediante un dispositivo exterior se emite un fot¨®n de luz que va dirigido hacia un espejo semitransparente, de forma que el fot¨®n tiene un 50% de probabilidades de continuar su trayectoria rectil¨ªnea y otro 50% de incidir en el dispositivo y romper la ampolla de gas que matar¨¢ al gato. (El dispositivo original de Schr?dinger estaba basado en la desintegraci¨®n de un ¨¢tomo, en vez de la opci¨®n del fot¨®n, pero para el caso es exactamente lo mismo).

Una vez lanzado el fot¨®n, un observador externo podr¨¢ comprobar, al abrir la caja, si el gato est¨¢ vivo o muerto, es decir, si el fot¨®n ha sido o no desviado por el espejo. Hasta aqu¨ª no hay nada parad¨®jico. Sin embargo, el fot¨®n es una part¨ªcula subat¨®mica que se rige por las leyes de la mec¨¢nica cu¨¢ntica, y ¨¦stas predicen que ha de encontrarse en un estado de superposici¨®n cu¨¢ntica, o sea, que recorre las dos trayectorias simult¨¢neamente y, mientras ning¨²n observador externo abra la caja para ver lo que pasa, el gato se encuentra vivo y muerto a la vez. Es como tirar una moneda al aire y decidir la suerte del gato a cara o cruz, pero con una moneda cu¨¢ntica, es decir, con una moneda que una vez lanzada presenta la cara y la cruz simult¨¢neamente. Al abrir la caja, la funci¨®n de onda se colapsa y ante el observador aparece ¨²nicamente uno de los dos fen¨®menos.

Flujo magn¨¦tico

El experimento de Friedman se hizo aplicando un flujo magn¨¦tico externo a un squid (dispositivo superconductor de interferencia cu¨¢ntica) y observando la aparici¨®n en ¨¦ste de un estado de superposici¨®n cu¨¢ntica que se evidenciaba por la presencia simult¨¢nea de dos corrientes circulando en sentidos contrarios en el anillo del squid. Los autores afirman que el squid presenta un comportamiento cu¨¢ntico en dos sentidos ya que, primero, en el experimento entran en juego 109 pares de electrones, por lo que ya no se le puede considerar como a un objeto microsc¨®pico, y segundo, los dos estados cl¨¢sicos que se detectan como superpuestos pueden ser considerados como macrosc¨®picamente diferentes.

?Puede un gato estar vivo y muerto a la vez? En los a?os ochenta, Leggett y colaboradores propusieron que, bajo determinadas condiciones, un objeto macrosc¨®pico con varios grados de libertad microsc¨®picos pod¨ªa tener un comportamiento cu¨¢ntico si se encontraba convenientemente aislado de su entorno.

Hay quien, para resolver la paradoja, est¨¢ dispuesto incluso a aceptar la existencia de universos paralelos, es decir, que al abrir la caja se inicia una vida simult¨¢nea en un universo en el que el gato est¨¢ vivo y otra en un universo con el gato muerto.

A lo largo de los ¨²ltimos 20a?os, diversos experimentos han puesto de manifiesto la existencia de part¨ªculas subat¨®micas en estados de superposici¨®n, pero nunca gatos. Hay algo que impide que los cuerpos macrosc¨®picos puedan permanecer en un estado de superposici¨®n cu¨¢ntica.

Un squid es un dispositivo que alberga fen¨®menos cu¨¢nticos. Imag¨ªnese un anillo superconductor, es decir, un material que a muy bajas temperaturas no presenta resistencia al paso de la corriente, interrumpido por un elemento aislante, como pueda ser una delgada l¨¢mina de ¨®xido de aluminio de millon¨¦simas de mil¨ªmetro (esto se conoce como una uni¨®n Josephson).

Un dispositivo de esta naturaleza es un bicho raro por lo siguiente: es posible que entre un extremo y otro del superconductor tenga lugar un paso de corriente sin que entre ambos extremos exista una diferencia de potencial, algo que, de por s¨ª, clamar¨ªa al cielo hasta para el electricista del barrio. Y es que los electrones pasan de un extremo al otro del superconductor por un fen¨®meno que en f¨ªsica cu¨¢ntica se denomina efecto t¨²nel. Es sabido que los campos magn¨¦ticos variables generan corrientes en los conductores que se ven sometidos a dichas fluctuaciones (as¨ª se genera la electricidad industrial). Algo semejante sucede con un squid cuando se ve sometido, bajo ciertas condiciones, a una variaci¨®n del campo magn¨¦tico que lo atraviesa, aparece en el anillo una corriente de electrones que circular¨¢ en un sentido u otro del anillo, seg¨²n la variaci¨®n del flujo magn¨¦tico.

Esto convierte al squid en un dispositivo de precisi¨®n para la medici¨®n de campos magn¨¦ticos muy peque?os. En el experimento de Friedman se detect¨® que el flujo de electrones giraba en ambos sentidos a la vez, lo cual pon¨ªa de manifiesto un estado de superposici¨®n cu¨¢ntica.

Un objeto

?Hasta qu¨¦ punto se puede afirmar que se trata de un peque?o minino? Si se tiene en cuenta que en el efecto Josephson los electrones circulan a pares y que los autores hablan de un experimento en el que est¨¢n involucrados del orden de mil millones de pares de electrones, se puede afirmar que se trata de un objeto al que ya no se le puede considerar como a una part¨ªcula subat¨®mica.

Roger Penrose, en su libro Las sombras de la mente, clasifica la paradoja gato de Schr?dinger como uno de los misterios del tipo X: "Misterios filos¨®ficamente inaceptables, y que aparecen simplemente debido a que la teor¨ªa cu¨¢ntica es una teor¨ªa incompleta". Y su opini¨®n ante el experimento de Friedman: "Durante algunos a?os, yo tambi¨¦n estuve interesado en averiguar si el squid se pod¨ªa utilizar para comprobar mis ideas sobre la reducci¨®n del estado cu¨¢ntico". "Sin embargo", puntualiza Penrose, "a pesar de que se est¨¦ trabajando con una masa de 109electrones, estimo que el estado de reducci¨®n ser¨¢ de una d¨¦cima de segundo, nueve ¨®rdenes de magnitud de las expectativas que tengo con mi experimento".

La valoraci¨®n del f¨ªsico Javier Tejada (Universidad de Barcelona) es mucho m¨¢s positiva: "Creo que el trabajo que han hecho Friedman y colegas es espectacular y su realizaci¨®n se podr¨ªa titular La cr¨®nica de un resultado anunciado. Desde hace a?os, los f¨ªsicos estaban convencidos de que se podr¨ªa solucionar a escala microm¨¦trica la paradoja del gato de Schr?dinger bas¨¢ndose en squid".