Este es el sonido más silencioso del universo

hace 9 meses

Este es el sonido más silencioso del universo

El universo, según a la mecánica cuántica, se construye a partir de probabilidades. Un electrón no está ni aquí ni allá, sino que tiene la probabilidad de estar en múltiples ubicaciones, más una nube de posibilidades que un punto. Un átomo se desliza a una velocidad indefinida. Los físicos incluso han diseñado rayos láser para emitir un número indefinido de fotones, no 1, 10 o 10 000, sino cierta probabilidad de una gama de partículas. En el mundo clásico, el primo conceptual más cercano es un dado que gira en el aire. Antes de que caiga, el estado del dado se representa mejor en las probabilidades de cada lado.

Tal estado de incertidumbre se conoce como estado de superposición cuántica. La superposición sería absurda si no se verificara experimentalmente. Los físicos han observado la ubicación de un electrón en estado de superposición en el experimento de la doble rendija, que revela cómo un electrón se comporta como una onda con una ubicación indefinida. Incluso han utilizado la superposición cuántica para fabricar dispositivos de nueva generación, desde computadoras cuánticas que buscan potenciar la potencia informática hasta detectores de alta sensibilidad que miden las ondas gravitacionales.

Pero a pesar de la evidencia, la mecánica cuántica y la superposición tienen un gran defecto: sus implicaciones contradicen la intuición humana. Los objetos que podemos ver a nuestro alrededor no muestran estas propiedades. La velocidad de un automóvil no está indefinida; se puede medir El sándwich en tu mano no tiene una ubicación indefinida. “Claramente no vemos superposiciones en objetos macroscópicos”, dice el físico Matteo Fadel de ETH Zürich. “No vemos a los gatos de Schrödinger caminando”.

Fadel quiere entender dónde está el límite entre el mundo cuántico y el clásico. La mecánica cuántica se aplica claramente a los átomos y las moléculas, pero no está claro cómo las reglas hacen la transición al mundo cotidiano macroscópico que experimentamos. Con ese fin, él y sus colegas han estado realizando experimentos en objetos progresivamente más grandes en busca de esa transición. En un artículo reciente en Cartas de revisión física, crearon un estado de superposición en el objeto más masivo hasta la fecha: un cristal de zafiro del tamaño de un grano de arena. Puede que no suene muy grande, pero se trata de 10dieciséis átomos: enormes en comparación con los materiales que se utilizan normalmente en los experimentos cuánticos, que se realizan a escala atómica o molecular.

Específicamente, el experimento se centró en las vibraciones dentro del cristal. A temperatura ambiente, incluso cuando un objeto parece estacionario a simple vista, los átomos que componen el objeto en realidad están vibrando, y las temperaturas más frías corresponden a vibraciones más lentas. Utilizando un refrigerador especial, el equipo de Fadel enfrió su cristal hasta casi el cero absoluto, que se define como la temperatura a la que los átomos dejan de moverse por completo. En la práctica, es imposible construir un refrigerador que alcance el cero absoluto, ya que requeriría una cantidad infinita de energía.

Cerca del cero absoluto, las extrañas reglas de la mecánica cuántica comienzan a aplicarse a las vibraciones. Si piensa en una cuerda de guitarra, puede tocarla para que vibre suave o fuerte o en cualquier volumen intermedio. Pero en los cristales enfriados a esta temperatura súper baja, los átomos solo pueden vibrar a intensidades discretas y establecidas. Resulta que esto se debe a que cuando las vibraciones se vuelven tan silenciosas, el sonido en realidad se produce en unidades discretas conocidas como fonones. Puedes pensar en un fonón como una partícula de sonido, al igual que un fotón es una partícula de luz. La cantidad mínima de vibración que cualquier objeto puede albergar es un solo fonón.

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