El MIT demuestra que Einstein estaba equivocado: podría cambiar las cosas

El llamado experimento de la doble rendija, una de las demostraciones más icónicas de la física cuántica, ha sido recreado en una versión idealizada por físicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Sus hallazgos han validado con una precisión notable la elusiva naturaleza dual de la luz, al tiempo que confirman una hipótesis errónea de Albert Einstein sobre este particular escenario cuántico.

Este experimento, realizado inicialmente en 1801 por Thomas Young para demostrar el comportamiento ondulatorio de la luz, es hoy una pieza clave para entender una realidad desconcertante: la luz existe simultáneamente como partícula y como onda. Lo más singular es que esta dualidad no puede observarse a la vez. Aunque, ojo, Einstein tenía razón en muchas otras cosas

Al intentar medir la luz como partículas, su naturaleza ondulatoria se desvanece y viceversa. Este principio, fundamental en la mecánica cuántica, se enseña habitualmente en las aulas para ilustrar que todos los objetos físicos, incluida la luz, son simultáneamente partículas y ondas.

La disputa cuántica zanjada

Hace casi un siglo, el experimento de la doble rendija fue el eje de una discusión amistosa entre los físicos Albert Einstein y Niels Bohr. En 1927, Einstein postuló que una partícula de fotón debería pasar por una única rendija, ejerciendo una ligera fuerza sobre ella, como un pájaro rozando una hoja. Propuso que se podría detectar esta fuerza mientras se observaba el patrón de interferencia, captando así la naturaleza dual del fotón al mismo tiempo. En respuesta, Bohr aplicó el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica, argumentando que la detección de la trayectoria del fotón anularía el patrón de interferencia.

A lo largo de los años, múltiples versiones del experimento han corroborado la teoría de Bohr en mayor o menor medida. Ahora, un equipo de físicos del MIT ha llevado a cabo la versión más "idealizada" hasta la fecha, reduciendo el experimento a sus esenciales cuánticos, según enfocan desde el mismísimo MIT. Para ello, emplearon átomos individuales como rendijas y haces de luz tan débiles que cada átomo dispersaba, como mucho, un único fotón.

Al manipular los átomos en diferentes estados cuánticos, los investigadores lograron modificar la información que los átomos obtenían sobre la trayectoria de los fotones. De este modo, confirmaron las predicciones de la teoría cuántica: cuanta más información se obtenía sobre la trayectoria (es decir, la naturaleza de partícula) de la luz, menor era la visibilidad del patrón de interferencia. Cabe dejar claro que el MIT reúne a las mentes más inteligentes y los avances más sorprendentes del planeta y que siempre se han basado en Einstein para llevar a cabo sus estudios.

El estudio, publicado en la revista Physical Review Letters, ha demostrado de manera concluyente que Einstein no acertó en este punto. Cada vez que un átomo es "rozado" por un fotón al pasar, la interferencia ondulatoria disminuye de manera sustancial. Wolfgang Ketterle, líder del equipo del MIT, comentó que ni Einstein ni Bohr habrían imaginado la posibilidad de realizar un experimento con átomos y fotones individuales, calificándolo como un "experimento mental idealizado" llevado a la práctica.

Las entrañas del experimento

El grupo de Ketterle en el MIT trabaja con átomos y moléculas que enfrían a temperaturas de microkelvin, justo por encima del cero absoluto, y los organizan en configuraciones que confinan con luz láser. Dentro de estas nubes ultrafrías y cuidadosamente ajustadas, surgen fenómenos exóticos que solo se manifiestan a escala cuántica, a nivel de átomo individual.

Para esta investigación, el equipo utilizó más de 10.000 átomos, que enfriaron hasta las temperaturas ya mencionadas. Mediante un conjunto de haces láser, organizaron los átomos congelados en una configuración reticular, similar a un cristal, con espacios uniformes. En esta disposición, cada átomo está lo suficientemente alejado de los demás como para ser considerado una unidad aislada e idéntica, y el conjunto de 10.000 átomos permite una detección de señal más sencilla que con uno o dos.

El equipo razonó que, con esta disposición, podrían hacer incidir un haz de luz débil a través de los átomos y observar cómo un único fotón se dispersa en dos átomos adyacentes, ya sea como onda o como partícula. Esto replicaría la mecánica del experimento original de doble rendija, donde la luz atraviesa dos aberturas.

Trabajar a nivel de fotones individuales exigió repetir el experimento numerosas veces y emplear un detector ultrasensible para registrar el patrón de luz dispersada por los átomos. A partir de la intensidad de la luz detectada, los investigadores pudieron inferir directamente si la luz se comportaba como partícula o como onda. La precisión y el control en este experimento representan un avance considerable para la física experimental.