Los científicos de la Universidad de Copenhague han desarrollado una respuesta práctica a un desafío relacionado con el principio de incertidumbre de Heisenberg. Los investigadores utilizaron luz láser para unir átomos de cesio y una membrana vibratoria. La investigación, el primero de su tipo, apunta a sensores capaces de medir el movimiento con una precisión invisible.

Al medir estructuras de átomos o emisiones de luz a nivel cuántico por medio de microscopios avanzados u otras formas de equipo especial, las cosas se complican debido a un problema que, durante la década de 1920, contó con toda la atención de Niels Bohr y Werner Heisenberg. Y este problema lidiar con inexactitudes que contaminan ciertas mediciones realizadas a nivel cuántico, se describe en el Principio de incertidumbre de Heisenberg, que establece que las variables complementarias de una partícula, como la velocidad y la posición, nunca puede ser conocido simultáneamente.

En un informe científico publicado en la edición de esta semana de Naturaleza , Los investigadores del NBI demuestran que el principio de incertidumbre de Heisenberg se puede neutralizar hasta cierto punto. Esto nunca se ha demostrado antes, y los resultados pueden impulsar el desarrollo de nuevos equipos de medición, y sensores nuevos y mejores.

Profesor Eugene Polzik, jefe de Óptica Cuántica (QUANTOP) en el Instituto Niels Bohr, dirigió la investigación, lo que implicó la construcción de una membrana vibratoria y una nube atómica avanzada encerrada en una diminuta jaula de vidrio.

Objeto ligero de 'patadas'

El principio de incertidumbre surge de las observaciones realizadas a través de un microscopio que funciona con luz láser, lo que inevitablemente conducirá a que el objeto sea pateado por fotones. Como resultado de esas patadas, el objeto comienza a moverse de forma aleatoria. Este fenómeno se conoce como acción de retroceso cuántico (QBA), y estos movimientos aleatorios ponen un límite a la precisión con la que se pueden realizar las mediciones a nivel cuántico. Para realizar los experimentos en NBI, el profesor Polzik y sus colaboradores utilizaron una membrana hecha a medida como el objeto observado a nivel cuántico.

En décadas recientes, los científicos han intentado encontrar formas de "engañar" al principio de incertidumbre de Heisenberg. A Eugene Polzik y sus colegas se les ocurrió la idea de implementar la nube atómica avanzada hace unos años. Consiste en 100 millones de átomos de cesio encerrados en una celda de vidrio herméticamente cerrada, explica el profesor:

"La celda tiene solo un centímetro de largo, 1/3 de milímetro de alto y 1/3 de milímetro de ancho, y para que los átomos funcionen según lo previsto, las paredes internas de las células se han recubierto con parafina. La membrana cuyos movimientos observamos a nivel cuántico, mide 0,5 milímetros, que en realidad es un tamaño considerable desde una perspectiva cuántica ".

La idea detrás de la celda de vidrio es enviar deliberadamente la luz láser utilizada para estudiar los movimientos de la membrana a través de la nube atómica encapsulada antes de que la luz llegue a la membrana. explica Eugene Polzik:"Esto da como resultado que los fotones de luz láser 'pateen' el objeto, es decir, la membrana, así como la nube atómica, y estas 'patadas, ' por así decirlo, cancelar. Esto significa que ya no hay ninguna acción de retroceso cuántico y, por lo tanto, no hay limitaciones en cuanto a la precisión con la que se pueden realizar las mediciones a nivel cuántico ".

¿Cómo se puede utilizar esto?

"Por ejemplo, al desarrollar tipos de sensores nuevos y mucho más avanzados para el análisis de movimientos, ", dice el profesor Eugene Polzik. "Generalmente hablando, Los sensores que operan a nivel cuántico están recibiendo mucha atención en estos días. Un ejemplo es el buque insignia de Quantum Technologies, un extenso programa de la UE que también apoya este tipo de investigación ".

El hecho de que lo sea Por supuesto, posible "engañar" al principio de incertidumbre de Heisenberg también puede resultar significativo en relación con una mejor comprensión de las ondas gravitacionales, ondas en el espacio que se mueven a la velocidad de la luz. En septiembre de 2015, el experimento estadounidense LIGO publicó los primeros registros y mediciones directas de ondas gravitacionales derivadas de una colisión entre dos agujeros negros muy grandes. Sin embargo, el equipo utilizado por LIGO está influenciado por la acción de retroceso cuántico, y la nueva investigación de NBI puede resultar capaz de eliminar ese problema, dice Polzik.