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Fisica
Paradojas cuanticas

Un experimento que emula al “gato de Schrödinger”

Por Enrique Gracian
El País de Madrid

En la última reunión de la Sociedad Americana de Física, J.R. Friedman y sus colaboradores anunciaron que habían realizado un experimento con el que habían emulado al gato de Schrödinger, el singular experimento teórico propuesto en 1935 por este físico, uno de los padres de la mecánica cuántica, en el que un gato estaría vivo y muerto a la vez. En el ensayo ahora presentado no se trata de un objeto del tamaño de un gato, pero sí lo suficientemente grande como para que se pueda volver a traer a colación la famosa paradoja de Schrödinger.
Cuando en 1935 Erwin Schrödinger propuso su famosa paradoja quiso poner de manifiesto las limitaciones de la mecánica cuántica cuando se tomaban los estados vivo y muerto como estados de superposición cuántica. Para ello, Schrödinger diseñó un experimento mental que consistía en lo siguiente: en una habitación ideal, completamente aislada del exterior, hay un gato y una ampolla con gas cianuro suficiente como para matar al gato. Existe un mecanismo foto-detector que rompe la ampolla cuando un fotón de luz incide sobre él. Mediante un dispositivo exterior se emite un fotón de luz que va dirigido hacia un espejo semitransparente, de forma que el fotón tiene un 50 por ciento de probabilidades de continuar su trayectoria rectilínea y otro 50 por ciento de incidir en el dispositivo y romper la ampolla de gas que matará al gato. (El dispositivo original de Schrödinger estaba basado en la desintegración de un átomo, en vez de la opción del fotón, pero para el caso es exactamente lo mismo.)

Fotones y algo mas
Una vez lanzado el fotón, un observador externo podrá comprobar, al abrir la caja, si el gato está vivo o muerto, es decir, si el fotón ha sido o no desviado por el espejo. Hasta aquí no hay nada paradójico. Sin embargo, el fotón es una partícula subatómica que se rige por las leyes de la mecánica cuántica y éstas predicen que ha de encontrarse en un estado de superposición cuántica, o sea, que recorre las dos trayectorias simultáneamente y, mientras ningún observador externo abra la caja para ver lo que pasa, el gato se encuentra vivo y muerto a la vez. Es como tirar una moneda al aire y decidir la suerte del gato a cara o cruz, pero con una moneda cuántica, es decir, con una moneda que una vez lanzada presenta la cara y la cruz simultáneamente. Al abrir la caja, la función de onda se colapsa y ante el observador aparece únicamente uno de los dos fenómenos.
El experimento de Friedman se hizo aplicando un flujo magnético externo a un squid (dispositivo superconductor de interferencia cuántica) y observando la aparición en éste de un estado de superposición cuántica que se evidenciaba por la presencia simultánea de dos corrientes circulando en sentidos contrarios en el anillo del squid. Los autores afirman que el squid presenta un comportamiento cuántico en dos sentidos ya que, primero, en el experimento entran en juego 109 pares de electrones, por lo que ya no se le puede considerar como a un objeto microscópico y, segundo, los dos estados clásicos que se detectan como superpuestos pueden ser considerados como macroscópicamente diferentes.
¿Puede un gato estar vivo y muerto a la vez? En los años ochenta, Leggett y sus colaboradores propusieron que, bajo determinadas condiciones, un objeto macroscópico con varios grados de libertadmicroscópicos podía tener un comportamiento cuántico si se encontraba convenientemente aislado de su entorno.
Hay quien, para resolver la paradoja, está dispuesto incluso a aceptar la existencia de universos paralelos, es decir, que al abrir la caja se inicia una vida simultánea en un universo en el que el gato está vivo y otra en un universo con el gato muerto.
A lo largo de los últimos 20 años, diversos experimentos han puesto de manifiesto la existencia de partículas subatómicas en estados de superposición, pero nunca gatos. Hay algo que impide que los cuerpos macroscópicos puedan permanecer en un estado de superposición cuántica.

Fenomenos cuanticos
Un squid es un dispositivo que alberga fenómenos cuánticos. Imagínese un anillo superconductor, es decir, un material que a muy bajas temperaturas no presenta resistencia al paso de la corriente, interrumpido por un elemento aislante, como pueda ser una delgada lámina de óxido de aluminio de millonésimas de milímetro (esto se conoce como una unión Josephson).
Un dispositivo de esta naturaleza es un bicho raro por lo siguiente: es posible que entre un extremo y otro del superconductor tenga lugar un paso de corriente sin que entre ambos extremos exista una diferencia de potencial, algo que, de por sí, clamaría al cielo hasta para el electricista del barrio. Y es que los electrones pasan de un extremo al otro del superconductor por un fenómeno que en física cuántica se denomina “efecto túnel”. Es sabido que los campos magnéticos variables generan corrientes en los conductores que se ven sometidos a dichas fluctuaciones (así se genera la electricidad industrial). Algo semejante sucede con un squid cuando se ve sometido, bajo ciertas condiciones, a una variación del campo magnético que lo atraviesa, aparece en el anillo una corriente de electrones que circulará en un sentido u otro del anillo, según la variación del flujo magnético.
Esto convierte al squid en un dispositivo de precisión para la medición de campos magnéticos muy pequeños. En el experimento de Friedman se detectó que el flujo de electrones giraba en ambos sentidos a la vez, lo cual ponía de manifiesto un estado de superposición cuántica.
¿Hasta qué punto se puede afirmar que se trata de un pequeño minino? Si se tiene en cuenta que en el efecto Josephson los electrones circulan a pares y que los autores hablan de un experimento en el que están involucrados del orden de mil millones de pares de electrones, se puede afirmar que se trata de un objeto al que ya no se le puede considerar como a una partícula subatómica.