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25 de Mayo de 2015
Física cuántica

El experimento de Schrödinger, con átomos de calcio

Logran inducir en un ion de calcio la superposición de dos estados de movimiento separados por una distancia típica decenas de veces mayor que el tamaño inicial del objeto.

Esquema del experimento realizado por Lo y sus colaboradores. Los ejes representan la indeterminación en la posición (abscisas) y el momento (ordenadas) de un átomo de calcio. Partiendo de su estado fundamental (izquierda), los investigadores redujeron primero la dispersión en la posición inicial del átomo, a costa de aumentar la incertidumbre en su momento (centro). Después, indujeron en él una superposición de dos estados de movimiento caracterizados por una separación típica 56 veces mayor que el tamaño inicial del átomo (derecha). [De: «Squeezed ions in two places at once»; Tracy Northup en Nature, vol. 521, 21 de mayo de 2015.]

En el famoso experimento mental concebido en 1935 por Erwin Schrödinger, un gato se encuentra encerrado en una cámara de acero junto con una «máquina infernal». Esta contiene un átomo radiactivo que, en caso de desintegrarse, activará un dispositivo que liberará veneno y matará al felino. Si el átomo se encuentra en una superposición cuántica de estados (desintegrado y no desintegrado), ¿qué ocurre con el gato? Si suponemos que el animal en sí no funciona como un aparato de medida, las leyes de la mecánica cuántica dictan que, hasta que no se mida el estado del sistema, también el felino se hallará en una superposición de estados; es decir, vivo y muerto a la vez.

Una de las últimas versiones del célebre experimento ha sido llevada a cabo hace poco por Hsiang-Yu Lo y otros investigadores de la Escuela Politécnica de Zúrich. En su trabajo, el equivalente al gato era un ion de calcio confinado en una trampa electromagnética. Por su parte, el análogo de liberar o no el veneno lo desempeñaba una fuerza que, dependiendo de cuál fuese el espín electrónico del átomo, actuaría sobre él desplazándolo en un sentido u otro.

Al preparar el espín en una superposición de estados, los investigadores observaron cómo también el átomo evolucionaba hacia una superposición de dos estados de movimiento, cada uno de ellos correspondiente a haberlo empujado en un sentido o en el opuesto. Los resultados han aparecido publicados en el último número de la revista Nature.

La principal novedad del trabajo de Lo y sus colaboradores reside en haber empleado estados «estrujados» (squeezed states). En ellos, la posición inicial del átomo logra determinarse con una precisión mayor de lo habitual, a costa de aumentar la incertidumbre en su momento. Gracias a ello, los investigadores lograron una superposición de estados caracterizados por una separación espacial mayor de la que suele conseguirse en este tipo de experimentos. En concreto, tras «aplastar» el átomo de calcio, los autores consiguieron inducir en él oscilaciones en sentidos opuestos con una amplitud de hasta 56 veces su tamaño típico inicial. 

Más información en Nature (artículo técnico y reseña).

—IyC

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