Las comillas tenían la fuerza de la tradición, y la tradición de la fuerza, detrás de ellas.

Cuando Herman Batelaan y sus colegas de Nebraska presentaron recientemente un artículo de investigación que defiende la existencia de un no newtoniano, fuerza cuántica, la revista pidió que pusieran "fuerza" firmemente entre comillas. El equipo comprendió y aceptó la solicitud.

Después de todo, la palabra ha pertenecido durante mucho tiempo a la física newtoniana clásica:reacciones iguales y opuestas, electromagnetismo, la gravedad y otras leyes que explican la caída de manzanas, Fenómenos deslumbrantes de la experiencia cotidiana.

Por el contrario, Batelaan y sus coautores estaban usando la palabra en el contexto de la física cuántica que describe lo infinitesimalmente pequeño, donde la posición y la velocidad de las partículas subatómicas se definen por probabilidades en lugar de valores precisos. donde los electrones se comportan simultáneamente como partículas y ondas, y donde otra imprecisión contraria a la intuición gobierna el reino.

Ese reino se volvió aún más confuso en 1959, cuando un experimento propuesto sugirió que la mera proximidad de una fuerza clásica, en lugar de la fuerza misma, podría imponerse en el mundo físico. En el experimento, dos corrientes de electrones navegan a ambos lados de una bobina cuyo campo magnético está totalmente protegido de esos electrones.

A pesar de que ninguna de las corrientes de electrones atraviesa el campo magnético real, Los investigadores determinaron que las probabilidades cuánticas de los electrones sufrirían cambios mensurables que dependen de la fuerza del campo magnético. Experimentos posteriores confirmaron la presencia de este llamado efecto Aharonov-Bohm.

Pero si la existencia del extraño efecto era indiscutible, la naturaleza de esto no lo era. Anton Zeilinger, uno de los asesores postdoctorales de Batelaan, introdujo un teorema que sugiere que el efecto Aharonov-Bohm no representa ni resulta de una fuerza. Para cuando los experimentos posteriores de Batelaan y otros confirmaron que el efecto no hizo nada para retrasar el tiempo de llegada de los electrones, algo que se esperaría que hiciera una fuerza, el teorema de Zeilinger había ganado un amplio apoyo.

Años después de que Zeilinger propusiera su teorema, aunque, los físicos Andrei Shelankov y Michael Berry lo contrarrestaron afirmando que el efecto Aharonov-Bohm surge del equivalente cuántico de una fuerza. Incluso si esa fuerza no ralentizó los electrones, Shelankov predijo que podría modificar sus trayectorias de vuelo al desviarlas ligeramente.

"Por ellos mismos, puedes entender la derivación de cada teoría, "dijo Batelaan, profesor de física y astronomía en Nebraska. "Ambos se ven bien, pero están en conflicto entre sí. Así que nos destrozamos los sesos para llegar a una teoría que dé ambas respuestas. Entendimos que tenía que haber un marco más amplio.

"Pidió que se resolviera el conflicto teórico. Pidió un experimento".

Entonces Batelaan y sus colegas, incluida la ex asesora de doctorado Maria Becker, se fijaron un objetivo elevado:demostrar la predicción de Shelankov y, al mismo tiempo, adaptarse al teorema de Zeilinger. Su experimento realizado en la Universidad de Amberes, se parecía a muchos que lo habían precedido:rayos de electrones que navegaban hacia una varilla nanoscópica cuyo campo magnético estaba protegido de las partículas. Cuando la magnetización de la barra era cero, los patrones en forma de onda que formaban los electrones después de rebotar en él, patrones similares a las ondas superpuestas en el agua, eran simétricos.

Sin embargo, cuando el equipo aumentó la magnetización, esos patrones de difracción se volvieron asimétricos, evidencia indirecta de una fuerza no newtoniana que empuja los electrones hacia la izquierda o hacia la derecha. Y como esperaba el equipo, invertir la dirección de la magnetización también cambió la dirección de la asimetría, apoyando aún más la idea de un fenómeno cuántico que puede afectar la materia de manera similar a las fuerzas newtonianas clásicas.

¿En cuanto al teorema de Zeilinger? Según el análisis del equipo, las suposiciones teóricas que hizo no se aplican al movimiento lateral que implica el estudio. Dado que, Batelaan dijo:el estudio no invalida a Zeilinger. En lugar de, el equipo demostró matemáticamente que sus resultados predichos por Shelankov y el teorema de Zeilinger son dos casos especiales de un teorema general.

Batelaan comparó aproximadamente la situación con una en la que una pelota comienza a rodar por una plataforma plana. Subir y bajar lentamente esa plataforma puede cambiar el destino de la pelota en un plano incluso si su velocidad y tiempo de llegada siguen siendo los mismos. Mirando hacia abajo en la plataforma un observador podría pasar por alto que se ha producido algún cambio; podría volverse aparente sólo después de cambiar de perspectiva.

La cuestión de la perspectiva también informa la interpretación del estudio, Dijo Batelaan. Las fuerzas clásicas operan localmente, afectando sólo la materia adyacente a esas fuerzas. Pero la mecánica cuántica, en particular el entrelazamiento cuántico, donde los cambios en una partícula se manifiestan simultáneamente en otra partícula entrelazada que teóricamente podría residir a años luz de distancia, no está limitada por la distancia.

Batelaan dijo que los resultados del equipo podrían interpretarse como evidencia de una fuerza no local similar.

"Aquí, tenemos una situación que no es local pero a diferencia del entrelazamiento cuántico, "Batelaan dijo." Es un fenómeno de una partícula, no es un fenómeno de dos partículas. Entonces, ¿se puede aplicar esta idea de que las cosas suceden sin una fuerza en un contexto diferente? Eso es muy raro. Es muy, muy especial. Creo que lo que estamos haciendo aquí es de hecho otro ejemplo de ello.

"Siento que esto subraya la idea de que la naturaleza podría no ser local. Esta es una gran pregunta. ¿Las cosas que hago aquí afectan las cosas en otro lugar? sin un intermediario claro? "

El hecho de que Batelaan haya encontrado pruebas de ello no significa que deba gustarle, aunque.

"Lo encuentro repugnante, "Batelaan dijo, risa. "Vivo en el mundo clásico. Todo lo que veo a mi alrededor, lo veo suceder debido a fuerzas. Si hay cosas que suceden sin fuerzas, ¿por qué no puedo usarlos? ¿Por qué no hay más ejemplos de esto?

"Como principio físico, debe estar en todas partes. Pero (posiblemente) estamos demasiado ciegos para verlo ".

Los investigadores informaron sus hallazgos en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .