Archivo de octubre, 2015

¿Le debemos nuestra existencia a los neutrinos?

 

Artículo de Enrique Fernández,  investigador del Instituto de Física Teórica IFT UAM-CSIC, publicado en el periódico El País, sobre el premio Nobel de física 2015, concedido a Takaaki Kajita y Arthur McDonald por “el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos que demuestran que los neutrinos tienen masa”.

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¿Por qué lo llaman amor, cuando quieren decir entrelazamiento?

Por Javier Rodríguez Laguna (IFT & Dto. Física Fundamental, UNED)

A soup of entangled pairs

La distancia es dolorosa. Todos hemos experimentado tener lejos a
nuestros seres queridos, ya sea en el tiempo o en el espacio. Sólo
puedo decir que el dolor físico es preferible.

El entrelazamiento (entanglement) nació como la negación de la
distancia. En los años 30, cuando la mecánica cuántica estaba en su
infancia, Schrödinger encontró sorprendido que las partículas
cuánticas podían, de algún modo, mantenerse en contacto incluso cuando
estaban separadas largas distancias. Simplemente: interactuaron en el
pasado y mantienen la conexión.

Vamos a concretar. Consideremos unas partículas que son tan tontas que
no saben más que responder a una pregunta, y sólo con “sí” o
“no”. Todas las demás preguntas se responden al azar. Pongamos un par
de estas partículas en interacción fuerte, diseñada para que ambas den
siempre respuestas opuestas cuando se formula la misma pregunta a las
dos. Dado que no pueden memorizar una larga lista de preguntas,
haremos lo siguiente: la primera en ser preguntada responderá al azar,
y la segunda responderá lo contrario que la primera. Para los
profesionales: partículas de espín 1/2, en un estado singlete.

Pero ahora, para hacer las cosas más interesantes, alejemos muchísimo
a las partículas. Sigue siendo cierto que sólo pueden memorizar la
respuesta a una pregunta. Pero, aun así, cada vez que les hagas la
misma pregunta a las dos, obtienes respuestas opuestas. La que
sea. ¡En serio! ¡No lo llaméis amor, llamadlo entrelazamiento!

Lo que he descrito se conoce como la paradoja de
Einstein-Podolski-Rosen (EPR). ¿Podemos usar este truco para enviar
información a largas distancias de manera instantánea? No. Pero dejaré
que el lector o la lectora averigüe por qué.

Así, estos pares entrelazados mantienen algún tipo de conexión, que
Einstein llamó “extraña acción a distancia”. Este entrelazamiento es
aprovechado por los científicos para diseñar algoritmos de
comunicaciones cuánticas y computadores cuánticos. Pero de eso
hablaremos otro día. Ahora quiero volver al tema de la distancia. El
entrelazamiento parece ser la negación de la distancia. ¿No es así?

¿Es frecuente es encontrar partículas entrelazadas? Sí,
muchísimo. Casi todos nuestros electrones están fuertemente
entrelazados con sus vecinos, en el mismo átomo o en átomos vecinos,
formando enlaces químicos. Típicamente, estos enlaces de
entrelazamiento son de corta distancia. Puedes tomar cualquier trozo
de materia y preguntar “¿cuántos enlaces de entrelazamiento tiene este
bloque con el resto del universo?” La respuesta es típicamente
proporcional al área de su superficie. ¿Por qué? Porque los electrones
que viven bien dentro del bloque sólo tienen enlaces de
entrelazamiento con otros electrones del interior del bloque. Sólo los
electrones “de la superficie” pueden estar entrelazados con electrones
del exterior. Esto se conoce como la “ley del área”.

Pero la ley del área no siempre es válida. Muchos estados cuánticos,
algunos naturales y otros artificiales, tienen enlaces de
entrelazamiento muy largos. Imaginad un bloque en el que cada electrón
está entrelazado con un compañero que está fuera. La vida en este
bloque es rarísima. Cada electrón está emparejado con otro que está
fuera de tu campo visual. No sabes ni dónde está. Así que cuando se se
les formulan preguntas, los electrones responden de maneras extrañas,
como si estuvieran locos. No están locos… ¡Están enamorados…!  Uy,
perdón. Están entrelazados con otros electrones que no viven en el
vecindario. Así que parecen comportarse de manera aleatoria. Los
físicos consideramos la temperatura como la medida más relevante de la
aleatoriedad. Así que, para un científico que vive dentro de un bloque
tan extraño, la interpretación más sensata es que, simplemente, está
caliente. ¡¡¡Ufff, caliente!!! Claro, porque su amante está
lejos. Waw. Realmente, ¡la metáfora es estupenda!

Pero demos una nueva vuelta de tuerca. Hay ideas recientes, que
estamos elaborando aquí en el IFT, que sugieren que tenemos que darle
la vuelta a la relación entre la distancia y el entrelazamiento.

Seguramente hayáis escuchado alguna vez que el espacio está
curvado. De veras, no es broma, lo está. Y que la curvatura es lo que
interpretamos como la fuerza de gravedad. Pero quizás no hayáis
escuchado hablar de los puentes de Einstein-Rosen (ER). Si el espacio
puede curvarse, quizás también pueda cortarse y pegarse. ¿Por qué no?
Y entonces quizás podamos construir “atajos” en el espacio, conexiones
entre lugares lejanos. ¿Quieres viajar de Madrid a Vladivostok
rápidamente? ¡No hay problema! Un puente ER puede ayudarte.

Y aquí llega la conjetura, que fue propuesta por el físico argentino
Juan Maldacena, de Princeton: ¿y si EPR=ER? ¿Y si nos tomamos en serio
la ley del área, y decretamos que dos partículas entrelazadas siempre
están cerca? Al fin y al cabo, es lo que ocurre la mayor parte del
tiempo, ¿no? Pero, ¿qué hacemos con las excepciones? Si las partículas
de un par entrelazado te parecen estar lejanas es porque están
conectadas mediante un puente ER que, por desgracia, no puedes
ver. Así que, cada vez que veas pares entrelazados, ¡quizás no estés
más que notando la curvatura del espacio a nivel cuántico!

Quizás tengáis un montón de objeciones. Por ejemplo, ¿no es verdad que
la curvatura del espacio requiere masa? Bueno, no tenemos una teoría
completa de la gravedad cuántica, así que no tenemos aún todas las
respuestas. La conjetura de EPR=ER Ayuda a resolver algunos problemas
clásicos, como la paradoja de la información en agujeros negros (que
discutiremos otro día). Pero, más allá de todo… es una conjetura
sexy y sugerente.

Así que, quizás, después de todo, la distancia no exista. Quizás la
receta para la felicidad sea entrelazarse con tus seres queridos. Pero
tened cuidado con los celos… ¡el entrelazamiento es monógamo!

* Para saber más:

Artículo en Quanta Magazine sobre EPR=ER, en inglés.
https://www.quantamagazine.org/20150424-wormholes-entanglement-firewalls-er-epr/

Entrada en la Enciclopedia de Filosofía de Stanford (inglés)
http://plato.stanford.edu/entries/qt-entangle/

Artículo en Hipertextual, en español, con un interesante vídeo subtitulado
http://hipertextual.com/2015/09/entrelazamiento-cuantico

Clase de “La uni en la calle” sobre el gato de Schrödinger y los ordenadores cuánticos, en inglés, en Physics Napkins (mi blog)
https://physicsnapkins.wordpress.com/2013/10/30/from-schrodingers-cat-to-quantum-computers-i/

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¿Viajaremos en el tiempo?

Artículo de José Luis Fernández-Barbón, investigador del Instituto de Física Teórica IFT UAM-CSIC, publicado en el periódico El País, en relación a los viajes en el tiempo, reflejados en la película Regreso al futuro. 

Lee el artículo completo aquí

 

 

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El IFT, en 100xCiencia

 

 

Luis Ibáñez, Investigador Principal (IP) del Proyecto Severo Ochoa del Instituto de Física Teórica IFT UAM-CSIC, ha participado esta mañana en la Sesión 1 del encuentro de divulgación 100xCiencia, que se está celebrando del 7 al 9 de octubre en Santa Cruz de La Palma. Este evento, organizado por los 20 centros acreditados con el sello de excelencia Severo Ochoa, es un punto de encuentro internacional entre periodistas y científicos de reconocido prestigio.

 

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Former IFT student Pablo Bueno cornering entanglement entropy

A new set of results by former IFT student Pablo Bueno, in collaboration with Rob Myers and William Witczak-Krempa at Perimeter Institute relate the entanglement entropy of  different materials to the central charge of the conformal field theory describing their dynamics.

More information: here

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El IFT en el programa “Fábrica de Ideas de TVE”

FECYT produce trece reportajes de centros de I+D para la 7ª temporada del programa “Fábrica de Ideas de TVE”. Uno de estos reportajes está dedicado al Instituto de Física Teórica IFT UAM-CSIC.

Más información: aquí

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