Investigadores de la Universidad de Viena estudian la relevancia de los marcos de referencia cuánticos para las simetrías del mundo

Según uno de los principios más fundamentales de la física, un observador en un tren en movimiento usa las mismas leyes para describir una pelota en la plataforma que un observador parado en la plataforma; las leyes físicas son independientes de la elección de un marco de referencia. Los marcos de referencia como el tren y la plataforma son sistemas físicos y, en última instancia, siguen reglas de la mecánica cuántica. Ellos pueden ser, por ejemplo, en un estado cuántico de superposición de diferentes posiciones a la vez. Entonces, ¿Cómo sería la descripción de la bola para un observador en tal "plataforma cuántica"? Investigadores de la Universidad de Viena y la Academia de Ciencias de Austria demostraron que si un objeto (en nuestro ejemplo, la bola) muestra características cuánticas depende del marco de referencia. Las leyes físicas sin embargo, siguen siendo independientes de ella. Los resultados se publican en Comunicaciones de la naturaleza .

Los sistemas físicos siempre se describen en relación con un marco de referencia. Por ejemplo, una pelota que rebota en un andén de ferrocarril se puede observar desde el propio andén o desde un tren que pasa. Un principio fundamental de la física, el principio de covarianza general, establece que las leyes de la física que describen el movimiento de la pelota no dependen del marco de referencia del observador. Este principio ha sido crucial en la descripción del movimiento desde Galileo y fundamental para el desarrollo de la teoría de la relatividad de Einstein. Implica información sobre las simetrías de las leyes de la física vistas desde diferentes marcos de referencia.

Los marcos de referencia son sistemas físicos, que en última instancia siguen reglas de la mecánica cuántica. Un grupo de investigadores dirigido por Časlav Brukner en la Universidad de Viena y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI-Viena) de la Academia de Ciencias de Austria se han preguntado si es posible formular las leyes de la física desde el punto de vista de vista de un observador "unido" a una partícula cuántica e introducir un marco de referencia cuántico. Pudieron demostrar que se puede considerar cualquier sistema cuántico como un marco de referencia cuántico. En particular, cuando un observador en el tren ve el andén en una superposición de diferentes posiciones a la vez, un observador en el andén ve el tren superpuesto. Como consecuencia, depende del marco de referencia del observador si un objeto como la pelota exhibe propiedades cuánticas o clásicas.

Los investigadores demostraron que el principio de covarianza se extiende a tales marcos de referencia cuánticos. Esto significa que las leyes de la física conservan su forma independientemente de la elección del marco de referencia cuántico. "Nuestros resultados sugieren que las simetrías del mundo deben extenderse a un nivel más fundamental, "dice Flaminia Giacomini, el autor principal del artículo. Esta percepción podría jugar un papel en la interacción de la mecánica cuántica y la gravedad, un régimen que en su mayoría todavía está inexplorado, ya que en ese régimen se espera que la noción clásica de marcos de referencia no sea suficiente y que los marcos de referencia tengan que ser fundamentalmente cuántico.