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El experimento mental de Einstein-Böhr hecho realidad

En un trabajo publicado en Nature Photonics, Fernando Martín, investigador teórico del Departamento de Química de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), describe la primera realización experimental del experimento mental de Einstein-Böhr utilizando una doble rendija molecular.


FUENTE | UAM - mi+d
21/04/2015
 
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El experimento de la doble rendija de Young realizado con partículas con masa se considera hoy en día como la manifestación más simple de la dualidad onda-partícula. La cuestión de si es posible determinar a través de qué rendija pasa la partícula preservando los patrones de interferencia, ha sido objeto de apasionados debates científicos, y también filosóficos.

Según el principio de complementariedad de Bohr de la mecánica cuántica, al determinar por cuál de las rendijas pasa la partícula inevitablemente se destruiría el carácter ondulatorio y, en consecuencia, desaparecería la interferencia.

Los electrones que escapan de una molécula tras su ionización pueden experimentar, bajo ciertas condiciones, fenómenos de interferencia
Los electrones que escapan de una molécula tras su ionización pueden experimentar, bajo ciertas condiciones, fenómenos de interferencia. Un pulso de luz podría provocar la emisión simultánea de un electrón desde ambos núcleos de la molécula (que actúan como si fueran las rendijas) en forma de onda, que al avanzar formaría el patrón de interferencia típico de un experimento de Young. / UAM

Einstein, que no estaba de acuerdo con este punto de vista, argumentó que sería posible obtener información detallada sobre la posición y el momento de la partícula haciendo uso de las leyes universalmente aceptadas de conservación de la energía y el momento.

Para demostrarlo, sugirió un experimento mental, o Gedankenexperimenten, como él los llamaba: el llamado experimento Einstein-Böhr de retroceso de la doble rendija, en el que a una de las dos ranuras en el experimento de Young se le permite moverse.

La medida de la transferencia de momento entre la partícula y la ranura que está en movimiento permitiría a uno identificar a través de qué rendija pasa la partícula en su camino hacia una pantalla. Y esto sin destruir el patrón de interferencia.

En un trabajo publicado recientemente en Nature Photonics, Fernando Martín, investigador teórico del Departamento de Química de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), describe la primera realización experimental del experimento mental de Einstein-Böhr utilizando una doble rendija molecular.

FENÓMENOS DE INTERFERENCIA

Durante la última década, varios trabajos han demostrado que los electrones que escapan de una molécula tras su ionización pueden experimentar, bajo ciertas condiciones, fenómenos de interferencia. Un pulso de luz podría provocar la emisión simultánea de un electrón desde ambos núcleos de la molécula (que actúan como si fueran las rendijas) en forma de onda, que al avanzar formaría el patrón de interferencia típico de un experimento de Young. En este caso, no sería posible obtener información sobre el camino que sigue el electrón desde que es emitido.

Este tipo de rendija molecular elimina la limitación que hasta ahora había existido para la comprobación del experimento mental de Einstein-Böhr, dado que la medida de la trasferencia de momento partícula-rendija no era posible con rendijas macroscópicas, dada la diferencia de peso entre el electrón y el soporte de las rendijas.

En el caso de la rendija molecular, cuando uno de los dos núcleos se desplaza respecto al otro (por ejemplo, como resultado de una disociación molecular), un observador puede medir el momento del núcleo desde el que se emite el electrón.

La respuesta a la pregunta ¿destruiría esta medida, que proporciona información sobre el camino seguido por el electrón, los patrones de interferencia antes observados? es que, en este caso, no aparecen fenómenos de interferencia, tal y como predice la mecánica cuántica y en contra de lo que Einstein esperaba.


Referencia bibliográfica:
Fernando Martín, Quantum mechanics: Thought experiments made real. Nature Photonics 9, 76–77 (2015).




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