Un equipo internacional de investigadores ha propuesto una nueva forma de hacer que los átomos o iones sean indistinguibles intercambiando sus posiciones. Se espera que estas partículas exhiban propiedades exóticas. El estudio involucró a físicos de la Universidad de Bonn, la Academia de Ciencias de Austria, y la Universidad de California. El trabajo ya ha sido publicado en Cartas de revisión física .

Imagina que estás jugando a "Encuentra a la dama". De hecho, una versión muy simple:el croupier no es un estafador empedernido, sino más bien una mujer completamente honesta. Y en la mesa frente a ella hay solo dos tazas, no tres. Estos están hechos de plástico negro y se parecen tanto que, por más que lo intentes, no puedes distinguir uno del otro.

El crupier mueve ambas tazas hacia adelante y hacia atrás. Sus movimientos son muy rápidos y diestros. Sin embargo, con un poco de concentración, te las arreglas para seguir sus movimientos. Al final, puede indicar correctamente cuál de las tazas estaba originalmente a la izquierda y cuál a la derecha.

Pero, ¿qué pasaría si cierra los ojos cuando se mueven las copas? En este caso, solo puedes adivinar. Después de todo, para ti, ambas tazas se ven completamente idénticas. Por supuesto, en realidad no lo son:la copa 1 sigue siendo la copa 1, no importa la frecuencia con la que cambie de lugar con la taza 2.

Sin embargo, en el mundo de las cosas más pequeñas, se pueden realizar experimentos en los que la cuestión de la identidad no sea tan clara. Los físicos del Instituto de Física Aplicada (IAP) de la Universidad de Bonn, junto con sus colegas de Austria y Estados Unidos, han propuesto jugar un juego como "Find the Lady" en el mundo cuántico.

En diferentes lugares al mismo tiempo

En el mundo cuántico las tazas son reemplazadas por dos átomos que están exactamente en el mismo estado atómico. "Dichos átomos se pueden producir en laboratorios especializados con técnicas de vanguardia, ", explica el profesor Dieter Meschede del IAP. En realidad, son completamente iguales y solo difieren debido a la posición en la que se encuentran".

Cuando juegas a "Find the Lady" en el mundo de los átomos, tienes algo de libertad extra. Por ejemplo, los investigadores pueden contar con el fenómeno de la mecánica cuántica según el cual las partículas pueden estar en dos lugares diferentes al mismo tiempo. Utilizando inteligentemente este fenómeno, el átomo 1 y 2 pueden, con cierta suerte, intercambiar lugares sin que nadie se dé cuenta.

En otras palabras:al final de la manipulación cuántica, el observador no tiene forma de decir, como cuestión de principio, si el átomo 1 sigue siendo en realidad el átomo 1 o si se ha intercambiado con el átomo 2. Para tazas estándar, aún sería posible distinguirlos de manera confiable usando sus diferencias más pequeñas, como una abolladura microscópicamente pequeña. Este no es el caso de los átomos preparados de manera idéntica; Son exactamente lo mismo. "Al final del experimento, Por lo tanto, ya no es posible, en cualquier forma, identificar cuál de los dos átomos es el número 1 y cuál es el número 2, "explica la Dra. Andrea Alberti del IAP.

Esto también tiene implicaciones filosóficas. Al filósofo alemán Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) se le atribuye la afirmación de que dos objetos son idénticos cuando no se pueden discernir diferencias entre ellos. Siguiendo la lógica de Leibniz, los átomos conmutados deben haber perdido entonces parte de su individualidad:son dos, sin embargo, de alguna manera son uno.

Pasmosamente, ambos también están "conectados" entre sí después de cambiar de lugar:ciertas propiedades de ambas partículas, como el espín, la dirección de rotación de un átomo, dependen de ambas partículas. Si observa la orientación de giro del átomo 1, entonces sabrá inmediatamente la orientación de giro del átomo 2, incluso sin observarlo directamente. "Es como si lanzaras dos monedas independientemente una de la otra, "explica Andrea Alberti." Si una moneda muestra cara, entonces este debe ser también el caso del otro. "Los físicos hablan de 'entrelazamiento".

Los investigadores del IAP están trabajando actualmente en la puesta en práctica de su propuesta teórica. El experimento también se puede realizar en forma modificada con otras partículas como los iones, una ruta que los colegas del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica en Innsbruck de la Academia de Ciencias de Austria quieren tomar. "Esperamos de estos estudios, en el que controlamos con alta precisión exactamente dos partículas cuánticas, nuevos hallazgos sobre el principio fundamental de intercambio mecánico cuántico, "espera Alberti.