Batido el l¨ªmite de precisi¨®n de medida que impone la mec¨¢nica cu¨¢ntica

?Se puede medir algo con infinita precisi¨®n o hay un l¨ªmite? En teor¨ªa s¨ª, seg¨²n el llamado l¨ªmite de Heisenberg, consecuencia de uno de los pilares de la mec¨¢nica cu¨¢ntica, el principio de incertidumbre, que dice que si se conoce exactamente d¨®nde se encuentra un objeto muy peque?o, como un ¨¢tomo, no se pude saber a d¨®nde se dirige, explican unos cient¨ªficos del Instituto de Ciencias Fot¨®nicas (ICFO) de Barcelona. Sin embargo ellos han logrado soslayar ese l¨ªmite te¨®ricamente infranqueable y han medido en un experimento se?ales magn¨¦ticas ultrad¨¦biles. Eso s¨ª, puntualizan que el resultado no significa que el principio de incertidumbre de Heisenberg sea incorrecto, destaca el Instituto de F¨ªsica (IOP) brit¨¢nico, sino que no se sabe bien c¨®mo manejarlo en sistemas de m¨²ltiples part¨ªculas.

El logro del equipo que dirige Morgan Mitchell en el ICFO, presentado en la revista Nature, no s¨®lo es un hito de f¨ªsica b¨¢sica por lo que tiene de avance en la comprensi¨®n de los mecanismos que limitan la precisi¨®n de las medidas, sino que puede tener aplicaciones importantes, por ejemplo en aparatos de investigaci¨®n y diagn¨®stico m¨¦dico para ver con detalle c¨®mo interact¨²an las neuronas del cerebro. Tambi¨¦n permitir¨¢ hacer relojes at¨®micos m¨¢s precisos que los actuales. En otro campo tambi¨¦n de f¨ªsica fundamental, la detecci¨®n de ondas gravitacionales que emiten fen¨®menos como las colisiones de agujeros negros, puede verse beneficiada por este avance al mejorar las posibilidades de precisi¨®n.

"Supongamos, por ejemplo, que queremos medir la temperatura del agua caliente introduciendo un term¨®metro en ella", plantean los expertos del ICFO en un comunicado de la Universidad Polit¨¦cnica de Catalu?a. "Dicho term¨®metro est¨¢ fr¨ªo y, al entrar en contacto con el agua, la enfr¨ªa ligeramente", contin¨²a. "El dato obtenido sigue siendo una buena aproximaci¨®n de la temperatura, pero su exactitud no llega hasta la billon¨¦sima de grado; el term¨®metro ha modificado casi imperceptiblemente la temperatura que est¨¢bamos midiendo".

La idea es que para alcanzar precisi¨®n extrema, los instrumentos de medida tienen que ser cada vez m¨¢s peque?os, y se acaba llegando al mundo de los ¨¢tomos o los fotones (las part¨ªculas de luz) que se rigen por las leyes de la mec¨¢nica cu¨¢ntica. De acuerdo con el principio de Heisenberg, nada puede ser medido sin cambiarlo "ya que cuando una herramienta de medida interacciona con el objeto que se est¨¢ midiendo, le est¨¢ transfiriendo su incertidumbre intr¨ªnseca". As¨ª, "seg¨²n c¨®mo se sumen todas las incertidumbres entre herramientas y part¨ªculas, se llega a un l¨ªmite ¨²ltimo de sensibilidad".

Mario Napolitano y sus colegas del equipo de Mitchell han hecho los experimentos disparando pulsos de l¨¢ser a una muestra de ¨¢tomos de rubidio ultrafr¨ªos y contenidos sen una trampa ¨®ptica. Pero, en lugar de utilizar cada uno de los fotones del l¨¢ser de forma independiente y hacer la medida, ellos hacen trabajar conjuntamente a los fotones. Logran as¨ª amplificar la se?al y mejorar en diez veces la sensibilidad de la medida del campo magn¨¦tico, demostrando que es posible superar el l¨ªmite. M¨¢s t¨¦cnicamente, los cient¨ªficos han utilizado un interfer¨®metro de polarizaci¨®n.

La idea del experimento procede de trabajos te¨®ricos de hace unos a?os, uno del espa?ol Alfredo luis (Universidad Complutense), de 2005, y otro de Carlton Caves (Universidad de Nuevo M¨¦xico, EEUU), de 2007, sobre lo que podr¨ªa considerarse la superaci¨®n del l¨ªmite de Heisenberg. Napolitano, Mitchell y los dem¨¢s miembros del equipo han puesto en pr¨¢ctica ahora la idea del estadounidense.

Con sensores ¨®pticos basados en ¨¢tomos y la demostraci¨®n de los cient¨ªficos del ICFO se podr¨ªan desarrollar instrumentos compactos y sencillos para hacer magnetoencefalogramas y obtener im¨¢genes del campo magn¨¦tico cerebral con alt¨ªsima resoluci¨®n y en tiempo real, se?alan los expertos. Tambi¨¦n se podr¨ªan mejorar los relojes at¨®micos. En cuanto a los detectores de ondas gravitacionales, como el LIGO, que ya funciona en EE UU pero a¨²n en fase de mejora de sus prestaciones, se podr¨ªa dar un paso adelante. Ligo est¨¢ dise?ado para registrar las distorsiones del espacio-tiempo de las ondas gravitacionales mediante la medida ultraprecisa de diferencias min¨²sculas que deben sufrir los haces l¨¢ser del detector al pasar una de esas ondas, explica Edwin Cartlidge en Physicsworld.com. Seg¨²n el f¨ªsico te¨®rico Jonathan Dowling, con el avance de los cient¨ªficos de Barcelona se puede mejorar la sensibilidad de Ligo o reducir mucho la potencia de los l¨¢seres, lo que evitar¨ªa el calentamiento potencial y la deformaci¨®n de los instrumentos ¨®pticos.