💡 Este nuevo experimento demuestra que Einstein estaba equivocado sobre la luz
El equipo del MIT ha revisitado un experimento clásico con una precisión sin precedentes. Al reproducir el famoso experimento de la doble rendija de Young utilizando átomos individuales, observaron cómo se comporta la luz a escala cuántica. Sus resultados confirman las predicciones de la mecánica cuántica, al mismo tiempo que refutan una intuición de Einstein.
Esquema del experimento del MIT: Dos átomos únicos en una cámara de vacío sirven como rendijas. Un láser ilumina los átomos, y la interferencia de la luz dispersada es registrada por una cámara ultrasensible.
Crédito: Massachusetts Institute of Technology (MIT).
El experimento de la doble rendija, concebido inicialmente por Thomas Young en 1801, muestra que la luz puede formar patrones de interferencia, típicos de las ondas. Sin embargo, cuando los científicos intentan determinar por qué rendija pasa la luz, esta se comporta como una partícula. Esta dualidad onda-partícula es un pilar de la mecánica cuántica, pero sigue siendo difícil de comprender intuitivamente.
Los investigadores del MIT llevaron el experimento al límite. Al enfriar átomos a temperaturas cercanas al cero absoluto, pudieron utilizarlos como rendijas perfectas. La luz, en forma de fotones individuales, reveló su naturaleza dual de manera aún más clara que en versiones anteriores del experimento. Cuanto más intentaban conocer la trayectoria de los fotones, menos visibles eran las interferencias.
Este estudio, publicado en Physical Review Letters, muestra que la 'borrosidad' cuántica de los átomos juega un papel clave. Contrario a lo que Einstein pensaba, la simple incertidumbre sobre la posición de los átomos basta para difuminar el patrón de interferencia, confirmando así las predicciones de Bohr.
El equipo también realizó el experimento liberando los átomos de su trampa justo antes de la medición, y observaron el mismo fenómeno. Esto sugiere que la naturaleza profunda de la luz no depende de los detalles experimentales, sino de los principios fundamentales de la mecánica cuántica.
¿Qué es la dualidad onda-partícula?
La dualidad onda-partícula es un concepto fundamental de la mecánica cuántica que describe cómo los objetos cuánticos, como la luz, pueden presentar tanto propiedades de ondas como de partículas. Este fenómeno es contraintuitivo porque, en nuestra experiencia cotidiana, las ondas y las partículas parecen ser entidades distintas.
Las ondas, como las que vemos en la superficie del agua, pueden superponerse y crear patrones de interferencia. Las partículas, en cambio, como las canicas, tienen una posición y una trayectoria bien definidas. La mecánica cuántica muestra que estos dos comportamientos pueden coexistir en un mismo objeto, dependiendo de cómo se observe.
Esta dualidad se evidenció por primera vez con la luz, pero también se aplica a otras partículas, como los electrones. Es la base de muchas tecnologías modernas, como los láseres y los microscopios electrónicos. Comprender esta dualidad es esencial para explorar los límites de nuestra comprensión de la naturaleza.
¿Por qué es tan importante el experimento de la doble rendija?
El experimento de la doble rendija es una de las demostraciones más elocuentes de los principios de la mecánica cuántica. Muestra de manera simple y directa cómo la luz, u otras partículas, puede comportarse como onda y como partícula, según el contexto experimental.
Cuando la luz pasa a través de dos rendijas estrechas, produce un patrón de interferencia en una pantalla colocada detrás, característico de las ondas. Sin embargo, si se intenta detectar por qué rendija pasa cada fotón, el patrón de interferencia desaparece, y la luz se comporta como una serie de partículas. Esto ilustra el principio de complementariedad de Bohr, según el cual los aspectos de onda y partícula son complementarios y no pueden observarse simultáneamente.
Este experimento tiene implicaciones profundas para nuestra comprensión de la realidad. Sugiere que el acto de observación influye en el sistema observado, un concepto que ha alimentado numerosos debates filosóficos y científicos. Las versiones modernas del experimento, como la realizada por el MIT, siguen probando los límites de nuestra comprensión de la mecánica cuántica.