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En busca de un puente hacia el mundo cuántico
La ciencia ficción no tiene nada por encima de la física cuántica cuando nos presenta un mundo laberíntico que puede enredar la mente si se intenta entenderla.
Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Arizona (Arizona State University –ASU–), sin embargo, cree que han abierto una puerta a una visión más clara de cómo el mundo común y corriente, que experimentamos a través de nuestros sentidos, emerge del mundo cuántico etéreo.
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| Photo: ASU |
El mundo cuántico es el mundo de los componentes elementales de la materia, los átomos. Los átomos son combinaciones de neutrones, protones en el núcleo, y electrones ligados a éste por atracción eléctrica.
Pero la mayor parte del espacio que ocupa un átomo –más del 99 por ciento de él– es espacio vacío, lleno de energía invisible.
Así, desde una visión cuántica del mundo, nosotros y las cosas que nos rodean somos, en su mayoría, espacio vacío. La manera en que experimentamos nosotros mismos y otras cosas en el mundo clásico es, en realidad, "una interpretación del mundo que nuestro cerebro hace con la información que le llega a través de nuestros sentidos", dijo el profesor de ASU Regentes David Ferry.
Desde hace más de un siglo, los científicos e ingenieros se han esforzado por llegar a una conclusión satisfactoria sobre el eslabón perdido que une los mundos clásico y cuántico y que permite un enlace entre ese mundo, en su mayoría espacio vacío, con el mundo familiar que experimentamos a través de nuestros sentidos.
Una hipótesis propuesta, basada en estas interrogantes, se ha ensayado en una tesis escrita por Adam Burke para obtener su doctorado en ingeniería eléctrica en 2009 de ASU’s Ira A. Fulton Schools of Engineering.
Para tratar de elaborar una respuesta a algunas de las preguntas, Burke se unió a Ferry, profesor de la Facultad de Informática, Electrónica e Ingeniería de la Energía; Tim Day, quien recientemente obtuvo su doctorado en ingeniería eléctrica de la escuela, el físico Richard Akis, un profesor investigador asociado de la escuela; Gil Speyer, un científico asistente de investigación para las escuelas de ingeniería "High Performance Computing Initiative; y Brian Bennett, un científico de materiales con el Laboratorio de Investigación Naval.
El resultado es un artículo publicado recientemente en la revista de investigación Physical Review Letters y presentado en PhysOrg.com, un sitio web sobre noticias de investigación de la ciencia y tecnología. En él se describe la transición del mundo cuántico al mundo clásico como un proceso "decoherencia" que implica una especie de progresión evolutiva algo análogo al concepto de la selección natural de Charles Darwin.
Los autores construyeron sobre dos teorías llamadas decoherencia y darwinismo cuántico, ambas, propuestas por el investigador Wojciech Zurek de Los Alamos National Laboratory.
El concepto de decoherencia sostiene que muchos estados cuánticos "colapsan" dentro de una "amplia diáspora", o dispersión (¿de probabilidades?), mientras están interactuando con el medio ambiente. A través de un proceso de selección, otros estados cuánticos llegan a un estado final estable, llamado un estado puntero, que es "lo suficientemente formal" (en analogía a la "supervivencia del más apto" en términos darwinianos) que es transmitido a nuestro medio ambiente sin colapsarse.
Estos estados simples, con la energía más baja, pueden, entonces, hacer copias de alta energía de sí mismos que pueden ser descritos por el proceso darwiniano y ser observados en la escala macroscópica del mundo clásico.
Los experimentos surgieron del uso de microscopía avanzada y abrieron la puerta para obtener imágenes de los llamados puntos cuánticos.
Burke, ahora, que está haciendo la investigación, en un programa post-doctoral en la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney, Australia, lo explica así:
“Imagine el punto cuántico como una mesa de billar en la cual los contactos, de punto cuántico, son dos aberturas por las que una pelota puede entrar o salir del punto, y las paredes interiores del punto actúan como parachoques.
“Si no hubiera fricción sobre la mesa, una bola de billar con una trayectoria inicial, se quedaría rebotando entre los muros hasta que, eventualmente, encontrará una salida y dejaría el punto cuántico (esta es la parte decoherencia).
“O puede ser que su movimiento se estabilice en una trayectoria que no encuentre las aberturas, por lo que sería, entonces, un estado puntero de sobrevivencia, lo que es llamado un estado de diamantes”.
Una diferencia entre la física clásica, de las bolas de billar, y la física cuántica, de los electrones, es que, un electrón, puede encontrar un túnel de "espacio de fases prohibido" y entrar en ese estado de diamantes, mientras que una bola de billar que entra desde fuera de los puntos no puede ser capaz de alcanzar esta trayectoria de diamante.
Es esta trayectoria clásica aislada, y la acumulación de una amplitud de funciones de onda electrónica a lo largo de esa trayectoria, que se conoce como una función de onda con cicatrices.
Para medir experimentalmente estas cicatrices, imagínese que no podemos ver el interior de las paredes de nuestra mesa de billar, pero podemos contar con la salida de las bolas de billar de la mesa. Esto es lo que normalmente se mide con la conductancia del punto cuántico y su entorno.
"Nosotros medimos la corriente a través del punto, el número de ‘bolas de billar’ por segundo que pasan, para tratar de ver cómo cambia cuando pasamos nuestra sonda alrededor de la ‘mesa de billar’”, dijo Ferry.
Por otra parte, está la prueba de la puerta con el microscopio de barrido, que aplica un pequeño campo eléctrico. Esto puede ser descrito como un pequeño parachoques circular sobre la mesa de billar que se puede mover alrededor dentro del punto.
Este pequeño "parachoques" está entrecruzado de izquierda a derecha y de arriba abajo sobre el área de interés. Si una bola está viajando a lo largo de este patrón de diamante es alterada por el parachoques cuando la trayectoria cruza la trama.
Piense en el rasterizado (1) como la forma en que se trabaja una imagen televisiva, con un patrón de líneas de exploración que cubren el área en la cual se proyecta la imagen, o establecer una o varias líneas horizontales compuesta de píxeles individuales que se utilizan para formar una imagen en una pantalla de computadora. Cuando esto sucede, la pelota rebota en la perturbación, y toma un nuevo rumbo en el punto de acoplamiento hasta que, finalmente, sale por una de las aberturas y puede medirse. El cambio en el movimiento de la bola aparece como un cambio en la conductancia (2) –el número de bolas pasando por las aberturas en un momento dado–.
Ferry explica: "Con la microscopía de barrido de la puerta, hacemos un seguimiento cuando estos cambios ocurren dentro de las exploraciones, y se espera que nos dé un mapa de las funciones de la onda de cicatrices correspondiente a los estados punteros".
“Los datos provenientes de los experimentos, del equipo de Zurek, apoyan las teorías de la decoherencia cuántica y darwinismo”, dijo Burke.
Ferry dijo que estos hallazgos son sólo un paso en un proceso que está abierto a conjeturas, pero que apuntan como una "pistola humeante" hacia la existencia de este darwinismo cuántico y a una nueva visión en la búsqueda de evidencias de cómo es la transición de la mecánica cuántica a la teoría clásica del mundo que conocemos como real.
Si usted puede entrever en su mente estos conceptos, dijo, "Abre la puerta a una comprensión más profunda de lo que realmente está pasando" en el centro de la realidad física.
(1) La rasterización es el proceso por el cual una imagen descrita en un formato gráfico vectorial se convierte en un conjunto de píxeles o puntos para ser desplegados en un medio de salida digital, como una pantalla de computadora, una impresora electrónica o una imagen de mapa de bits (bitmap) (http://es.wikipedia.org/wiki/Rasterizaci%C3%B3n)
(2) Se denomina conductancia eléctrica (G) de un conductor, a la inversa de la oposición que dicho conductor presenta al movimiento de los electrones en su cuerpo, es decir que la conductancia es la propiedad inversa de la resistencia eléctrica.
No debe confundirse con conducción, que es el mecanismo mediante el cual la carga fluye, o con la conductividad, que es la conductancia de un material específico. (http://es.wikipedia.org/wiki/Conductancia_el%C3%A9ctrica)
Fuente: Seeking a bridge to the quantum world por Jorge Franchín 7/14/2010 07:20:00 AM Arizona State University
Salud
Valram
Herramienta auxiliar para la traducción:
(http://www.google.com.mx/language_tools?hl=es)
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