El Premio Nobel de Física 2022 se otorga a pruebas seminales de acción espeluznante a distancia

Agrandar / El Premio Nobel de Física de 2022 se otorga a Alain Aspect, John F. Clauser y Anton Zeilinger, “por sus experimentos con fotones entrelazados, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y siendo pioneros en la ciencia de la información cuántica”.

Niklas Elmehed/Premio Nobel Divulgación

El físico de la Universidad de Cornell, N. David Mermin, describió una vez el entrelazamiento cuántico como “lo más cercano que tenemos a la magia”, ya que significa que las perturbaciones en una parte del universo pueden afectar instantáneamente a otras partes distantes del universo, de alguna manera sin pasar por la velocidad cósmica de – límite de luz. Albert Einstein lo denominó memorablemente “acción espeluznante a distancia”. Hoy, la Real Academia Sueca de Ciencias honró a tres físicos con el Premio Nobel de Física 2022 por su trabajo sobre el entrelazamiento. Alain Aspect, John F. Clauser y Anton Zeilinger fueron reconocidos “por experimentos con fotones entrelazados, estableciendo la violación de las desigualdades de Bell y siendo pioneros en la ciencia de la información cuántica”.

Cuando las partículas subatómicas interactúan, pueden conectarse de forma invisible aunque estén separadas físicamente. Entonces, el conocimiento sobre un socio puede revelar instantáneamente el conocimiento sobre su gemelo. Si mide el estado de uno, sabrá el estado del otro sin tener que hacer una segunda medición porque la primera medición también determina las propiedades de la otra partícula.

Hay muchas formas diferentes en que las partículas pueden entrelazarse, pero en todos los casos, ambas partículas deben surgir de un solo proceso “madre”. Por ejemplo, pasar un solo fotón a través de un tipo especial de cristal puede dividir ese fotón en dos nuevas partículas “hijas”. Los llamaremos “verde” y “rojo” (abreviatura de propiedades de partículas más abstractas como giro o velocidad). Esas partículas se enredan. La energía debe conservarse, por lo que ambas partículas hijas tienen una frecuencia y energía más bajas que la partícula madre original, pero la energía total entre ellas es igual a la energía de la madre. No tenemos forma de saber cuál es el verde y cuál el rojo. Solo sabemos que cada fotón hijo tiene una probabilidad de 50-50 de ser de uno u otro color. Pero si por casualidad vemos una de las partículas y notamos que es roja, podemos concluir instantáneamente que la otra debe ser verde.

Los pares entrelazados de la mecánica cuántica se pueden comparar con una máquina que arroja bolas de colores opuestos en direcciones opuestas.
Agrandar / Los pares entrelazados de la mecánica cuántica se pueden comparar con una máquina que arroja bolas de colores opuestos en direcciones opuestas.

Johan Jarnestad/La Real Academia Sueca de Ciencias

Gran parte de esto se expuso en un artículo seminal de 1935 de Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen, presentado como un experimento mental para demostrar que la mecánica cuántica no era una teoría física completa. Si el resultado de una medición en una partícula de un sistema cuántico entrelazado puede tener un efecto instantáneo en otra partícula, independientemente de la distancia entre las dos partes, se denomina “comportamiento no local”. Pero esto parece violar uno de los principios centrales de la relatividad: la información no puede transmitirse más rápido que la velocidad de la luz porque violaría la causalidad.

Einstein y sus colaboradores tuvieron la idea aproximada de que las variables ocultas podrían aumentar la mecánica cuántica convencional: propiedades locales aún desconocidas del sistema que sirven como instrucciones ocultas que “dicen” a las partículas qué resultado debe determinarse en un experimento determinado. Einstein, Podolsky y Rosen argumentaron que esto debería explicar la discrepancia, de modo que no sería necesaria una acción espeluznante instantánea. Pero no tenían un modelo específico que proponer. Y la comunidad de físicos se convenció de que las variables ocultas eran imposibles.

John Bell, sin embargo, cuestionó ese rechazo a las variables ocultas después de leer sobre los acalorados debates sobre las implicaciones filosóficas de la mecánica cuántica en las décadas de 1920 y 1930. “Dudé en pensar que estaba mal”, dijo una vez, “pero supo era podridoBell se inspiró en la construcción de David Bohm de una teoría de variables ocultas que parecía funcionar perfectamente bien, pero tenía un costo: la violación de la localidad.

Bell descubrió una forma de distinguir entre las teorías que coincidían con las predicciones experimentales de la mecánica cuántica y las que no, y demostró que las teorías locales nunca estarían a la altura. El astrofísico y filósofo Adam Becker hizo un breve resumen de la importancia del trabajo de Bell a principios de este año durante una transmisión de Pioneer Works sobre el tema:

En el experimento mental EPR, hubo una correlación perfecta entre los dos electrones, pero solo si sus giros se midieron a lo largo del mismo eje. Si sus giros se midieran a lo largo de diferentes ejes, digamos uno a lo largo del eje vertical y el otro a lo largo de un eje a medio camino entre la vertical y la horizontal, la mecánica cuántica predijo una correlación imperfecta entre los dos. Y para ciertos ángulos entre esos ejes, la correlación era mayor de lo que podría explicarse sin una conexión instantánea de larga distancia entre ellos.

En resumen, Bell había demostrado que EPR solo tenía razón a medias: la elección no estaba entre la acción espeluznante y la mecánica cuántica incompleta. La elección estaba entre la acción espeluznante y la mecánica cuántica siendo incorrecto. La mecánica cuántica predijo correlaciones instantáneas de larga distancia. ¿Podría realmente confirmarse la predicción en el laboratorio?

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