#1 Los fotones ondulan su camino a través de una hendidura triple [eng]

tnt80 — Sun, 28 Sep 2014 07:00:15 +0000

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Un error en cómo se interpretan los experimentos de interferencia cuántica ha sido cuantificado por primera vez por un equipo de físicos de la India. Usando la formulación de la mecánica cuántica "camino integral", el equipo calcula el patrón de interferencia creado cuando los electrones o fotones viajan a través de un conjunto de tres ranuras. Se encontró que los caminos no clásicos - en el que una partícula puede tejer su camino a través de varias aberturas - han de ser posibles junto con la superposición cuántica convencional de tres caminos directos (uno por cada una de las ranuras). El equipo dice que el efecto debe ser medible en experimentos con fotones de microondas, y que el trabajo también podría ayudar a comprender las posibles fuentes de la decoherencia en algunos sistemas cuánticos de información.

Una de las piedras angulares de la teoría cuántica es el hecho de que las partículas también pueden comportarse como ondas. Esto puede ser demostrado por el experimento de la doble rendija con electrones, que una vez fue votado como el más bello experimento de física de todos los tiempos por los lectores de Physics World. Se trata de disparar electrones a través de dos ranuras adyacentes y observando la acumulación de un patrón de interferencia de onda en una pantalla en el otro lado de las hendiduras. Sin embargo, cada partícula se detecta como un pequeño punto en el patrón, lo que sugiere que las partículas son entidades discretas también.

A los estudiantes de física se les enseña que el patrón de la doble rendija se puede explicar por el tratamiento del sistema como una superposición de ondas que viajan a través de una hendidura y ondas que viajan a través de la otra hendidura. Aunque esta descripción reproduce el patrón observado en los experimentos, el físico japonés Haruichi Yabuki señaló en 1986 que este enfoque es aproximado porque ignora la pequeña posibilidad de que una partícula podría tomar un camino no clásico a través de las rendijas.

Tejido cuántico

Estos caminos no clásicos son más fáciles de pensar con un arreglo de tres ranuras. Una partícula podría ir a través de, por ejemplo, la rendija a su izquierda, gire de vuelta, vuelva a través del centro de hendidura antes de girar de nuevo y salir de la ranura de la derecha (ver figura). Ahora, Urbasi Sinha y sus colegas del Instituto de Instituto y de la India Raman Investigación en Ciencias en Bangalore han calculado el efecto de estos caminos no clásicos en el patrón de interferencia resultante de tal triple rendija . Usando la formulación de la ruta integral de la mecánica cuántica, el equipo estudió diferentes combinaciones de anchura de la ranura y de separación de las mismas para ambos incidentes de fotones y electrones.

En el caso de los electrones, los investigadores encontraron que las rutas no clásicas tendrían un efecto minúsculo en el patrón observado, lo que desviarse de una simple superposición por un factor de aproximadamente 10-8. Para la luz visible, este cambio se incrementa a aproximadamente 10-5, pero esto todavía es demasiado pequeño para detectar. De hecho, los cálculos explican por qué Sinha y sus colegas de la Universidad de Waterloo en Canadá no veían cualquier desviación en un experimento de triple rendija óptica hecho en 2010 (véase "La teoría cuántica sobrevive a su última prueba").

Desviación microondeante

Resulta, sin embargo, que la desviación debe elevarse a aproximadamente 10-3 para los fotones de microondas, y el equipo cree que podría ser medida en un experimento utilizando fotones de longitud de onda de 4 cm, una anchura de rendija de 120 cm y una separación de hendidura 400 cm. De hecho, dijo Sinha a physicsworld.com que su equipo del Instituto de Investigación Raman ya ha puesto en marcha un experimento de microondas para buscar el efecto, pero no podía hacer comentarios sobre los resultados preliminares.

Tal experimento, si se lleva a cabo, podría proporcionar una demostración del tamaño de una habitación de la formulación integral de camino de la mecánica cuántica - algo que normalmente se asocia con los procesos subatómicos. Por otra parte, la comprensión del papel de los caminos no clásicos en los sistemas cuánticos de información basados en interferómetros podría ayudar a los físicos a reducir los efectos destructivos de ruido en estos sistemas.

La investigación se describe en la revista Physical Review Letters.

» autor: tnt80

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