El gato de Cheshire, el de Schöringer y el azul que nunca te olvida.

Teorizando lo cuántico.

La teoría cuántica predice que una partícula, como un fotón (bosón) o un neutrón (compuesto por tres quarks), puede separarse físicamente de una de sus propiedades, como puede ser su polarización o su momento magnético, la fuerza con la que se acopla a un campo magnético externo.

El momento magnético de espín es una propiedad fundamental, como la masa o la carga eléctrica. Este momento está relacionado con el hecho de que las partículas elementales tienen un momento angular intrínseco o espín, como se vio en la presentación anterior, ello que propicia que partículas con carga se comporten como un pequeño circuito con cargas en movimiento.

En nuestro universo visible, el que percibimos, un objeto no puede ser separado de sus propiedades físicas. Un planeta girando no puede ser separado de su movimiento rotacional, como tan poco se podría hacer ello con una bola de beisbol enviada por un lanzador al plato de “home”, con la inseparable rotación.

Con un aparato conocido como “interferómetro” propiedad del Instituto Laue-Lagevin (ILL), que cuenta con una de las fuentes de neutrones más intensas del planeta, se logró la separación física de los neutrones y sus momentos magnéticos, al hacer pasar un haz de neutrones a través de un cristal de silicona, los que fueron dirigidos por dos caminos diferentes, y que fue factible medir con la aplicación de filtros y mediante el uso de una técnica llamada “post selección”


Fotografía de Laboratorio de Laue-Lagevin (ILL) “Gato de Cheshire” 
Fuente de Neutrones tomado de La Ciencia Es Noticia y a su vez de ILL.

Aseguran sus creadores, científicos de la Universidad de Tecnología de Viena: "El sistema se comporta como si los neutrones fueran por un camino, mientras sus momentos magnéticos viajan por el otro". Añadieron que: “Y el mismo truco de separación podría en principio realizarse con cualquier propiedad de cualquier objeto cuántico”.

Este estudio y sus resultados y conclusiones fueron publicados, en julio del año 2014 en la revista especializada “Nature Communications”, fundada por Lesley Anson en el año 2010 y que se ha especializado en temas de ciencias naturales, como lo son: Física, Química, Biología y Ciencias de la Tierra.

Esta posibilidad de naturaleza cuántica fue propuesta por primera vez en 2010 por Jeff Tollasksen, de la Universidad de Chapman, que es uno de los autores de este nuevo trabajo. La idea fue nombrada como del "Gato de Cheshire cuántico".

En “Alicia en el País de las Maravillas”, la obra clásica de Lewis Carroll, el Gato de Cheshire desaparece lentamente del cielo y deja solamente su sonrisa pícara. Ante esto, Alicia exclama: "He visto a menudo un gato sin sonrisa, pero no una sonrisa sin gato.

¡Es la cosa más curiosa que he visto en mi vida!"

Puedo recordar que la hazaña del famoso gato, ilustrada a toda potencia en la película de Disney realizada bajo el particular País de las Maravillas, fue igualada por “Snoopy”, que en las tiras publicadas en la prensa en 1967, demostró a Linus, al concluir este su lectura del episodio de “Alicia en el País de las Maravillas”, en el que el gato desaparece dejando solamente su sonrisa presente, que el también podía hacerlo. 

Ilustración de “La aparición de tan sólo la sonrisa de Snoopy”, como un homenaje y reconocimiento a Charles M Schulz, por su genialidad desplegada en las aventuras de sus personajes en “Beagle de Cheshire” y su primera aparición 18 abril de 1967 (R9A88F).

Después dejo de practicar el truco, debido a que en alguna ocasión le costó mucho trabajo volver a aparecer completo.

Pero regresando al tema, esa fue la primera vez que los científicos separaron una partícula de una de sus propiedades físicas, creando así un "Gato de Cheshire Cuántico".

"Encontramos el gato en un lugar, y su sonrisa en otro", informaron los investigadores.

Pero para poder ver este Gato de Cheshire se requiere lo que los físicos cuánticos llaman una "medición débil", en la que interactúan con un sistema muy suavemente para evitar que colapse de su estado cuántico a uno clásico.

Estos delicados aparatos pueden tener aplicaciones útiles para la metrología de alta precisión, dicen los autores.

"Por ejemplo, uno podría imaginar una situación en la que el momento magnético de una partícula eclipsa a otra de las propiedades de la partícula que uno quiere medir con mucha precisión".

"El efecto del Gato de Cheshire puede dar lugar a una tecnología que permita separar el momento magnético no deseado a una región donde no cause perturbación a la medición de alta precisión de la otra propiedad", dicen los creadores del enigmático gato cuántico.

Para ahondar en el tema, recordemos al otro gato famoso en el mundo cuántico, el "Gato de Schrödinger", producto de un experimento mental, de esos que le fascinaban a Einstein, y que puede ser considerado una ficción incluso por partida doble. 


Dibujo del gato de Cheshire, en presentación para ser iluminado con la imaginación del artista, a efecto de no parecer “psicodélico” por definición. Tomado de Croppe Dibujos

Una ficción que, sin embargo, dentro de su lógica coherente —que, dicho sea de paso, contradice la lógica de nuestras intuiciones habituales; de lo contrario no sería un caso paradójico alguno, claro está—, capta la dificultad que tiene la mecánica cuántica para explicar que las mediciones experimentales deben corresponderse, y así lo entendemos habitualmente, con propiedades o estados estables y bien definidos de los objetos en nuestra interacción con la realidad.

Al fin y al cabo las teorías científicas en general se pueden tomar como ficciones —coherentes, eso sí— que conciben, constituyen, subrayan, ponen de manifiesto, revelan o hasta reflejan aspectos del mundo que nos rodea.

Según la interpretación ortodoxa de la mecánica cuántica, que encontremos al gato vivo o muerto al abrir la caja es absolutamente aleatorio —depende de cómo colapse la función de onda con la que la teoría lo describe (como sistema cuántico).



Ilustración de la Sonrisa del Gato de Cheshire. Tomado de MigatoMifamilia.WordPress.com

La paradoja del Gato de Schrödinger pone de relieve: si es posible, o no, atribuir una realidad (esencial) a las propiedades de los objetos (sistemas) que participan en el experimento en cada caso, y si es así, en qué términos debemos entender o describir esa realidad.

El célebre experimento fue concebido para ilustrar las paradojas y contradicciones hacia las que derivaba la física cuántica. En él, existe un sistema compuesto por una caja opaca cerrada que contiene un gato, una ampolla venenosa y un dispositivo que contiene una partícula radiactiva con el 50% de probabilidades de desintegrarse. Si esto ocurriese, la partícula desintegrada provocaría que el veneno se liberase y el gato muriera. La probabilidad de que el gato esté vivo o muerto es del 50%en ambos casos y la única forma de averiguar qué ha ocurrido es abriendo la caja.

Schrödinger afirmaba que, hasta el momento en que la caja se abriese, el gato estaría “vivo y muerto al mismo tiempo”.

El electrón es al mismo tiempo onda y partícula. Para entenderlo, sale disparado como una bala, pero también, y al mismo tiempo, como una ola o como las ondas que se forman en un charco cuando tiramos una piedra. Es decir, toma distintos caminos a la vez. Y además no se excluyen, sino que se superponen, como se superpondrían las ondas de agua en el charco. De modo que toma el camino del detector y, al mismo tiempo, el contrario.

El electrón será detectado y el gato morirá. Y, al mismo tiempo, no será detectado y el gato seguirá vivo. A escala atómica, ambas probabilidades se cumplen de forma simultánea. En el mundo cuántico, el gato acaba vivo y muerto a la vez, y ambos estados son igual de reales. Pero, al abrir la caja, nosotros sólo lo vemos vivo o muerto.

¿Qué ha ocurrido? Si ambas posibilidades se cumplen y son reales, ¿por qué sólo vemos una? La explicación es que el experimento aplica las leyes cuánticas, pero el gato no es un sistema cuántico. La cuántica actúa a escala subatómica y sólo bajo determinadas condiciones. Sólo es válida en partículas aisladas. Cualquier interacción con el entorno hace que las leyes cuánticas dejen de aplicarse.

Muchas partículas juntas interactúan entre sí, por eso la cuántica no vale en el mundo de lo grande, como el gato. Tampoco cuando hay calor, pues el calor es el movimiento de los átomos interactuando. Y el gato es materia caliente. Pero lo más sorprendente es que incluso nosotros, al abrir la caja y observar el resultado del experimento, interactuamos y lo contaminamos.

Así es. Una curiosa característica de la cuántica es que el mero hecho de observar contamina el experimento y define una realidad frente a las demás. Einstein expresaba así su desconcierto: "¿quiere esto decir que la Luna no está ahí cuando nadie la mira?"

Conclusión: cuando el sistema cuántico se rompe, la realidad se define por una de las opciones. Sólo veremos al gato vivo o muerto, nunca ambas. Este proceso de tránsito de la realidad cuántica a nuestra realidad clásica se llama “decoherencia”, y es la responsable de que veamos el mundo tal y como lo conocemos. 

Es decir, una única realidad.

La “decoherencia cuántica” es el término para explicar cómo un estado cuántico entrelazado puede dar lugar a un estado físico clásico (no entrelazado).

En otras palabras, cómo un sistema físico, bajo ciertas condiciones específicas, deja de exhibir efectos cuánticos y pasa a exhibir un comportamiento típicamente clásico, sin esos efectos que van en contra de la intuición humana y que son típicos de la mecánica cuántica.

El nombre procede de un hecho que se manifiesta matemáticamente por la pérdida de coherencia de la fase compleja relativa de las combinaciones lineales.

Así la “decoherencia cuántica” explicaría por qué a grandes escalas la física clásica que ignora los efectos cuánticos constituye una buena explicación del comportamiento del mundo.

Para nuestro gato, la interacción de las partículas del gato con el ambiente podrían producir una “decoherencia” y hacer que la combinación de "gato vivo" + "gato muerto" perdiera coherencia y se transformara en un estado clásico y por tanto tras un lapso de tiempo del orden de ħ²  * 10⁻⁶⁵ s, (constante de Dirac elevada a la diez a la menos sesenta y cinco segundos),  el gato estuviera dentro de la caja efectivamente vivo o muerto, pero no en una superposición de ambos

La decoherencia es, pues, muy importante para explicar por qué muchos sistemas físicos macroscópicos tienen un comportamiento tan diferente de los sistemas que exhiben efectos cuánticos.

Por eso pienso que como al humano le gusta calificar las cosas sin incertidumbre, decir con claridad y certeza: “al pan: pan; y al vino: vino”. Empezando por el propio Einstein la física cuántica no es creíble pero si popular. 



Dibujo El Gato (el Neutrón) avanzará por el camino de arriba, mientras que su sonrisa (el momento magnético) lo hará por el camino de abajo. Tomado de BBC News.

Incluso en ocaciones se llega a utilizar, sin rigor científico, para explicar asuntos del orden común que están llenos de la esencia de lo que la intuición humana puede juzgar con certeza, pero que nos gustaría alterar, para sentirnos mejor o incluso para con ello lograr un ingreso económico.

Y ahora me viene a la mente Roberto Carlos, el cantante brasileño de “El Gato en la Obscuridad”, que en sus presentaciones decía que no pudo grabar el tema en portugués, debido a que no pudo hacer la traducción, pues no entendió, nunca pudo aceptar que existiese un gato azul y menos en el cielo, sin haberlo visto antes en el mundo.

Solamente, creo yo, si fuese cuántico, cuando menos uno de los dos: el actor o el escenario, o los dos.

Para profundizar sobre los gatos en el País de las Maravillas Cuánticas se sugiere:


Fotografia del libro publicado en 1994 "Alice in Quantumland" de Robert Gilmore


Comentarios

  1. ME ENCANTO LA DESCRIPCION CON EL GATO OTRA EJEMPLIFICACION MAS DEL FAMOSO VIDEO DE LA DOBLE RANURA

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