⚛️ Cuántica: por primera vez, físicos sortean el principio de incertidumbre de Heisenberg
Sin embargo, físicos australianos acaban de lograr lo impensable: medir estas dos magnitudes al mismo tiempo sin violar este principio sacrosanto. ¿Su secreto? Utilizar observables modulares, un enfoque matemático que permite sortear elegantemente la limitación. En lugar de buscar conocer la posición y el momento absolutos, se concentraron en sus variaciones relativas dentro de una escala fija, como si midieran solo los milímetros en una regla sin interesarse por los centímetros.
El experimento se realizó sobre un ión único, un átomo cargado atrapado por campos electromagnéticos. Los investigadores utilizaron láseres para crear lo que se llama un estado de rejilla, donde la función de onda del ión se distribuye en una serie de picos regularmente espaciados. Cada pico sirve como punto de referencia, y cuando una fuerza minúscula desplaza el ión, todo el patrón se desplaza ligeramente. Al analizar estos desplazamientos relativos, pudieron detectar simultáneamente los cambios de posición y momento.
Cabe señalar que la fuerza medida, del orden de 10 yoctonewtons (es decir, 0,00000000000000000000001 newton), no es la más débil jamás detectada, pero la innovación reside en la simplicidad del dispositivo experimental. Mientras que los récords anteriores requerían cristales masivos e instalaciones complejas, este enfoque utiliza un solo átomo en una trampa relativamente simple. Esta accesibilidad abre el camino a aplicaciones prácticas en campos como la navegación cuántica, donde los sistemas GPS tradicionales fallan.
Christophe Valahu, físico de la Universidad de Sídney y autor principal del estudio, explica en un comunicado que este avance podría tener un impacto comparable al de los relojes atómicos. Los sensores cuánticos ultraprecisos podrían revolucionar no solo la navegación submarina y espacial, sino también la imagen médica y biológica, al detectar señales tan débiles que escapan a los instrumentos convencionales.
Esta demostración prueba que la incertidumbre cuántica no es una barrera infranqueable, sino más bien una frontera por redefinir. Al aceptar perder cierta información considerada no esencial, los científicos logran extraer datos hasta ahora imposibles de obtener simultáneamente. Esta filosofía de medición podría inspirar a nuevas generaciones de tecnologías cuánticas, haciendo posible lo que ayer aún parecía inconcebible.
El principio de incertidumbre de Heisenberg
Formulado en 1927 por el físico alemán Werner Heisenberg, este principio fundamental de la mecánica cuántica establece que existe un límite fundamental a la precisión con la que podemos conocer simultáneamente ciertos pares de propiedades físicas de una partícula, como su posición y su momento. Esta limitación no se debe a imperfecciones de los instrumentos de medición, sino a la naturaleza misma de la realidad cuántica.
La incertidumbre proviene del hecho de que toda medición en mecánica cuántica perturba necesariamente el sistema observado. Para determinar la posición de una partícula con gran precisión, es necesario utilizar una radiación de longitud de onda corta, lo que transfiere un momento importante a la partícula, haciendo incierta su velocidad. Inversamente, medir con precisión la velocidad requiere una observación prolongada, lo que vuelve difusa la posición.
Esta relación de incertidumbre se expresa matemáticamente mediante una desigualdad: el producto de las incertidumbres sobre la posición y el momento nunca puede ser inferior a una constante fundamental relacionada con la constante de Planck. Este principio se aplica también a otros pares de observables, como la energía y el tiempo, creando límites fundamentales a lo que es posible conocer en el universo cuántico.
Contrariamente a una idea extendida, el principio de incertidumbre no significa que las partículas no tengan propiedades definidas, sino más bien que estas propiedades no existen de manera determinada antes de la medición. Es esta característica la que distingue fundamentalmente el mundo cuántico del mundo clásico que percibimos cotidianamente.