El tamaño de un objeto se puede medir de muchas maneras, tales como midiendo su masa, volumen, o incluso el número de átomos que contiene. En el mundo cuántico, los objetos macroscópicos se considera que son más grandes que los cuánticos, ya que los primeros se describen generalmente por las leyes clásicas y los segundos por las leyes cuánticas. Sin embargo, los físicos se han movido entre estos dos mundos mediante la realización de experimentos que muestran que los objetos multi-partícula pueden existir en estados de superposición cuánticas. Aún así, no ha habido ninguna medida estándar de macroscopicidad hasta ahora. Ahora, un equipo de físicos ha propuesto que la macroscopicidad de un objeto se puede medir en términos de ciertos parámetros del experimento utilizado para sondear su superposición cuántica, más que como una sola propiedad del objeto en sí.
Los físicos Stefan Nimmrichter de la Universidad de Viena, Austria, y Klaus Hornberger de la Universidad de Duisburg-Essen, Alemania, han publicado un artículo sobre la nueva definición de macroscopicidad en una edición reciente de la revista Physical Review Letters.
En el pasado, los investigadores a menudo han medido macroscopicidad de un objeto en términos del número de átomos en el objeto. Pero los átomos pueden ser de diferentes tamaños, al contener diferentes números de partículas subatómicas, lo que plantea la cuestión de si la macroscopicidad debe medirse en términos del número total de protones de un objeto, neutrones, y electrones, o incluso alguna otra manera totalmente distinta. Como los físicos continúan observando los efectos cuánticos tales como la superposición de objetos más grandes, se hace necesaria una medida estándar de macroscopicidad para la comparación de estos resultados.
En lugar de definir macroscopicidad únicamente en términos de la composición de un objeto, la nueva definición de Nimmrichter y Hornberger se basa en la idea de que las ecuaciones cuánticas pueden ser modificados para hacer que el estado de un objeto sea más clásico. Si un experimento puede descartar algunas de estas modificaciones, quiere decir que describe una superposición cuántica mayor y un objeto más macroscópica. cuantas más modificaciones pueda descartar, más macroscópico será el objeto.
Con base en este criterio, los físicos dieron puntuaciones a algunos experimentos de superposición recientes. La puntuación récord de macroscopicidad hasta ahora es de 12, la cual obtuvieron Nimmrichter, Hornberger y sus colegas en 2010 con una molécula que contenía 356 átomos. Los científicos estiman que las agrupaciones atómicas que contienen medio millón de átomos de oro podrían obtener la calificación de 23 en la escala macroscópica, una hazaña que sería difícil, pero no fuera del alcance de la tecnología del futuro.
¿Y a cuánto ascendería la medida de macroscopicidad en el experimento del gato de Schrödinger? Los físicos calculan que un gato de unos 4 kg, en una superposición cuántica donde se asienta en dos posiciones espaciadas 10 cm de distancia durante 1 segundo, tendría una puntuación de 57. En todo caso, conocer este número no hará que la realización del experimento sea más sencilla, dado que, según los científicos, esta situación es equivalente a que un electrón existiera en una superposición durante aproximadamente 1057 segundos, que es aproximadamente 1039 veces la edad del universo.
Ver:
- Macroscopicidad de mecánicos estados de superposición cuántica, Nimmrichter Stefan y Klaus Hornberger, Phys. Rev. Lett. 110, 160403 (2013), DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.160403
- Macroscopicidad de mecánicos estados de superposición cuántica, Nimmrichter Stefan y Klaus Hornberger, arXiv: 1205.3447 [quant-ph]
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