Experimento Confirma que los "Caminos no Clásicos" Exóticos Afectan a la Interferencia Cuántica

Por: Hamish Johnston

La importancia de incluir "caminos no clásicos" exóticos en los análisis de la interferencia cuántica ha sido demostrada experimentalmente por físicos de la India. Urbasi Sinha y sus colegas del Instituto de Investigación Raman de Bangalore midieron el patrón de interferencia producido por las microondas al atravesar tres barreras paralelas. Sus resultados muestran que el patrón no puede calcularse asumiendo simplemente que los fotones de microondas viajan por "caminos clásicos" a través de las barreras. En cambio, hay que tener en cuenta todas las rutas posibles a través de las barreras, incluida la de atravesar múltiples huecos. 

Una de las piedras angulares de la teoría cuántica es el hecho de que las partículas también pueden comportarse como ondas. Esto puede demostrarse con el experimento de la doble rendija, que consiste en hacer pasar un flujo de partículas, como los electrones, por dos rendijas adyacentes y observar la formación de un patrón de interferencia ondulatorio en una pantalla al otro lado de las rendijas. Sin embargo, cada partícula se detecta como un pequeño punto dentro del patrón, lo que sugiere que las partículas también son entidades discretas.

Este patrón de doble rendija puede calcularse tratando el sistema como una superposición de ondas que viajan por una rendija y ondas que viajan por la otra. Sin embargo, en 1986 el físico japonés Haruichi Yabuki demostró que esto es una aproximación porque ignora la pequeña posibilidad de que una partícula pueda tomar una trayectoria no clásica a través de las rendijas. Un ejemplo de esta trayectoria es cuando una partícula pasa por una rendija y luego hace un bucle por la otra rendija y vuelve a pasar por la primera hacia el detector.

_{Pequeño efecto}

En 2014, un equipo dirigido por Sinha utilizó la formulación integral de trayectorias de la mecánica cuántica para calcular el efecto de las trayectorias no clásicas en el patrón de interferencia de tres rendijas. Los cálculos revelaron que la desviación de una superposición simple depende del tamaño de la longitud de onda de Broglie de la partícula.  El efecto es minúsculo en el caso de los electrones y la luz visible -una parte en 108 y una parte en 105, respectivamente-, lo cual es demasiado pequeño para detectarlo.

Sin embargo, en 2014 demostraron que la desviación es mucho mayor para los fotones de microondas y ahora Sinha y sus colegas han realizado un experimento que ha medido esta desviación por primera vez.

En lugar de utilizar tres rendijas, el equipo realizó un experimento de "triple ranura", en el que el patrón de interferencia se crea cuando las partículas cuánticas encuentran tres barreras (ranuras) a su propagación. Se utilizaron ranuras en lugar de rendijas por razones prácticas relacionadas con el tamaño y el coste del experimento.

_{Detector de movimiento}

El equipo utilizó una antena de bocina piramidal para generar un haz de fotones de microondas con una longitud de onda de 5 cm. El haz se dirigió a tres barreras absorbentes de microondas con tres ranuras, cada una de ellas de 10 cm de ancho y separadas por 3 cm. Detrás de las ranuras se colocó un detector de microondas que puede moverse con gran precisión para obtener el patrón de interferencia resultante. Las ranuras estaban situadas a medio camino entre la fuente y el detector, que estaban a 2,5 m de distancia.

El equipo midió una desviación del 6% del principio de superposición, confirmando así la importancia de las trayectorias no clásicas. También señalan que su observación tiene implicaciones para la radioastronomía, donde se utilizan conjuntos de detectores para crear grandes radiotelescopios utilizando el principio de superposición. Al describir sus resultados en la revista New Journal of Physics, el equipo señala que tales desviaciones podrían afectar a las observaciones realizadas con matrices, especialmente en experimentos de astronomía de precisión.

Artículo: exotic non-classical paths affect quantum interference; physics world original article