(Phys.org) —Desde los primeros días de la mecánica cuántica, Se ha pensado que la dinámica de desintegración de los sistemas cuánticos inestables sigue una ley de desintegración exponencial, como el que se usa para describir la desintegración radiactiva y muchos otros procesos naturales. La ley exponencial en el dominio cuántico fue propuesta originalmente por George Gamow y luego desarrollada por Eugene Wigner y Victor Weisskopf. Según esta ley, cuando se le da una muestra de átomos inestables, el número de los que probablemente decaigan durante un breve período de tiempo es proporcional al número de átomos presentes.

En los años transcurridos desde entonces, sin embargo, Los físicos han descubierto que las desviaciones de la ley exponencial pueden ocurrir en sistemas cuánticos inestables, pero solo en aquellos que están aislados del entorno externo. Esto se debe a que los sistemas aislados están libres de decoherencia ambiental, lo que hace posible que los productos de la desintegración cuántica se reconstruyan a sí mismos en su origen, estados pre-decaídos. Como consecuencia, el decaimiento es inicialmente más lento que el predicho por la ley exponencial, y en las etapas posteriores, la descomposición a menudo exhibe un comportamiento de ley de potencia. Los investigadores han demostrado previamente que esta desintegración no exponencial se puede aprovechar para el control cuántico.

Ahora en un nuevo estudio, Los físicos han demostrado teóricamente que los procesos de desintegración cuántica pueden desviarse de la ley de desintegración exponencial no solo cuando el sistema está aislado, pero incluso cuando está en contacto con el medio externo. Los resultados sugieren que un sistema cuántico inestable puede decaer y, posteriormente, volver a su estado original, incluso en presencia de decoherencia ambiental.

Los físicos dirigido por Adolfo del Campo en la Universidad de Massachusetts, e incluyendo colegas de la Universidad del País Vasco y la Universidad de Aberystwyth, han publicado un artículo sobre la existencia de desintegración cuántica no exponencial en sistemas abiertos en un número reciente de Cartas de revisión física .

"Estudios anteriores han argumentado que las desviaciones de la ley exponencial estaban ausentes en los sistemas cuánticos 'abiertos' realistas, debido a su contacto con el medio ambiente (cualquier cosa en los alrededores), "dijo del Campo Phys.org . "Nuestro trabajo establece la existencia de desintegración no exponencial en sistemas cuánticos abiertos, y lo hemos demostrado en un escenario paradigmático, el del movimiento browniano cuántico ".

Como demostraron los científicos, la desintegración cuántica de un sistema caracterizado por el movimiento browniano cuántico resulta del contacto del sistema con los baños termales. Descubrieron que esta desintegración está completamente gobernada por desviaciones de la ley exponencial, y que puede ser posible observar esta descomposición en el laboratorio.

Los nuevos hallazgos también concuerdan con los resultados experimentales de 2006, en el que los físicos observaron que la luminiscencia en decadencia en un sistema abierto viola la ley de decaimiento exponencial. En general, el nuevo estudio muestra que las desviaciones de la desintegración exponencial en los sistemas cuánticos abiertos están presentes en muchos casos comunes de desintegración cuántica.

En general, los resultados tienen implicaciones potenciales para una amplia gama de áreas. Por ejemplo, se espera que conduzcan a una mejor comprensión de la decoherencia cuántica y ayuden a probar las teorías que invocan el colapso de la función de onda cuántica. También tienen aplicaciones para la "codificación" de información cuántica, así como para la cosmología cuántica.

"La dinámica de los sistemas cuánticos abiertos, que es cualquier sistema cuántico incrustado en un entorno, es de interés para una amplia variedad de campos que van desde la dinámica química cuántica hasta la termodinámica, ", dijo del Campo." Nuestros resultados se aplican a prácticamente cualquier área que se ocupe de la dinámica de sistemas abiertos. En fundamentos de la física, gobiernan la emergencia dinámica del comportamiento clásico, el que percibimos, del mundo cuántico microscópico subyacente ".

Los hallazgos también sugieren nuevas direcciones de investigación.

"En la medida en que tomamos la teoría cuántica como la descripción fundamental de la naturaleza, la existencia de eventos de retorno para regenerar un estado inicial de un sistema es en realidad bastante divertido e impactante, ", dijo del Campo." Y es más cuando tales eventos suceden con ambientes olvidadizos, sin memoria. Significa que es posible que un sistema vuelva a su estado en el pasado lejano durante el curso de su evolución.

"En el espíritu de la ciencia ficción, si las mismas suposiciones y descripción matemática fueran válidas en el mundo macroscópico, ese sistema podría ser tan complejo como tú y yo. Todavía, No creo que debamos confiar en eso. La ley exponencial ya proporciona una maravillosa aproximación para describir la desintegración de sistemas tan pequeños como un átomo radiactivo. Es justo decir que queda por aclarar el papel de la complejidad del sistema, haciendo del estudio de la desintegración cuántica en sistemas de muchas partículas un área interesante para futuras investigaciones ".

© 2017 Phys.org