Los físicos han buscado desviaciones de la mecánica cuántica estándar, probar si la mecánica cuántica requiere un conjunto más complejo de reglas matemáticas. Para ello, un equipo de investigación dirigido por Philip Walther en la Universidad de Viena diseñó un nuevo experimento fotónico utilizando metamateriales exóticos, que fueron fabricados en la Universidad de California Berkeley. Su experimento apoya la mecánica cuántica estándar y permite a los científicos poner límites a las teorías cuánticas alternativas. Los resultados, que se publican en Comunicaciones de la naturaleza , podría ayudar a orientar el trabajo teórico en la búsqueda de una versión más general de la mecánica cuántica.

La mecánica cuántica se basa en un conjunto de reglas matemáticas, describiendo cómo funciona el mundo cuántico. Estas reglas predicen, por ejemplo, cómo los electrones orbitan un núcleo en un átomo, y cómo un átomo puede absorber fotones, partículas de luz. Las reglas estándar de la mecánica cuántica funcionan muy bien, pero, dado que todavía hay preguntas abiertas con respecto a la interpretación de la mecánica cuántica, los científicos no están seguros de si las reglas actuales son la historia final. Esto ha motivado a algunos científicos a desarrollar versiones alternativas de las reglas matemáticas, que son capaces de explicar adecuadamente los resultados de experimentos pasados, pero proporcionan una nueva visión de la estructura subyacente de la mecánica cuántica. Algunas de estas reglas matemáticas alternativas incluso predicen nuevos efectos, que requieren nuevas pruebas experimentales.

Experiencia cotidiana de las reglas matemáticas.

En todos los días de la vida, Si caminamos alrededor de un parque, terminamos de regreso en el mismo lugar, independientemente de si elegimos caminar en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario. Los físicos dirían que estas dos acciones conmutan. No todas las acciones necesitan desplazarse aunque. Si, en nuestro paseo por el parque, caminamos en el sentido de las agujas del reloj, y primero encuentra dinero tirado en el suelo y luego encuentra a un heladero, Saldremos del parque sintiéndonos renovados. Sin embargo, si en cambio viajamos en sentido antihorario, veremos al heladero antes de encontrar el dinero necesario para comprar el helado. En ese caso, podemos salir del parque sintiéndonos decepcionados. Para determinar qué acciones conmutan o no conmutan, los físicos proporcionan una descripción matemática del mundo físico.

En la mecánica cuántica estándar, estas reglas matemáticas usan números complejos. Sin embargo, Recientemente se propuso una versión alternativa de la mecánica cuántica que utiliza más complejos, los llamados números "hipercomplejos". Se trata de una generalización de números complejos. Con las nuevas reglas los físicos pueden replicar la mayoría de las predicciones de la mecánica cuántica estándar. Sin embargo, Las reglas hipercomplejas predicen que algunas operaciones que se desplazan en la mecánica cuántica estándar en realidad no se desplazan en el mundo real.

Buscando números hipercomplejos

Un equipo de investigación dirigido por Philip Walther ahora ha probado las desviaciones de la mecánica cuántica estándar predicha por la teoría cuántica hipercompleja alternativa. En su experimento, los científicos reemplazaron el parque con un interferómetro, un dispositivo que permite que un solo fotón recorra dos caminos al mismo tiempo. Reemplazaron el dinero y el helado con un material óptico normal y un metamaterial especialmente diseñado. El material óptico normal ralentizó ligeramente la luz a medida que pasaba, mientras que el metamaterial aceleró ligeramente la luz.

Las reglas de la mecánica cuántica estándar dictan que la luz se comporta igual sin importar si primero pasa a través de un material normal y luego a través de un metamaterial o viceversa. En otras palabras, la acción de los dos materiales sobre la luz conmuta. En mecánica cuántica hipercompleja, sin embargo, ese podría no ser el caso. A partir del comportamiento de los fotones medidos, los físicos verificaron que no se necesitaban reglas hipercomplejas para describir el experimento. "Pudimos establecer límites muy precisos sobre la necesidad de números hipercomplejos para describir nuestro experimento, "dice Lorenzo Procopio, un autor principal del estudio. Sin embargo, los autores dicen que siempre es muy difícil descartar algo sin ambigüedades. Lee Rozema, otro autor del artículo, dice "todavía estamos muy interesados ​​en realizar experimentos en diferentes condiciones y con una precisión aún mayor, para recopilar más evidencia que respalde la mecánica cuántica estándar ". Este trabajo ha puesto límites estrictos a la necesidad de una teoría cuántica hipercompleja, pero hay muchas otras alternativas que deben probarse, y las herramientas recientemente desarrolladas proporcionan la vía perfecta para ello.