Un equipo de físicos de la Universidad de Colorado ha conseguido ver por primera vez a la mecánica clásica y a la cuántica operando al mismo tiempo

Principio de incertidumbre y objetos macroscopicos

Un equipo de físicos de la Universidad de Colorado ha conseguido demostrar que el principio de incertidumbre, una de las reglas más conocidas de la física cuántica, también funciona en los objetos macroscópicos, los que son visibles sin necesidad de un microscopio.

El principio de incertidumbre, descrito por el físico Werner Heisenberg hace casi un siglo, establece que el mero hecho de observar una partícula subatómica, como un electrón, altera su estado natural y no nos permite, por lo tanto, averiguar todas sus características. En otras palabras, si tratamos de saber dónde se encuentra esa partícula, nos resultará imposible conocer su «momento», es decir, su cantidad de movimiento lineal, y si medimos su momento, no podremos saber dónde se encuentra.

En teoría, el principio es válido para cualquier tipo de objeto, sin importar su tamaño, pero resulta medible solo en la escala subatómica, donde las reglas de la mecánica cuántica son más evidentes y decisivas. Ahora, en un artículo que publica esta semana la revista Science, los físicos de la Universidad de Colorado afirman que han conseguido detectar los efectos del principio de incertidumbre en un objeto macroscópico, en conreto, en un pequeño tambor de medio milímetro de longitud.

El principio de incertidumbre asegura que el mero hecho de observar una partícula la modifica sin remedio. Por ejemplo, si utilizamos un fotón (una partícula de luz) para observar en un microscopio a un electrón, ambos chocarán y el momento del electrón se alterará para siempre. Es como si la única forma de observar un coche en movimiento fuera lanzando otro contra él. Al producirse la colisión sabríamos exactamente dónde está el coche, pero nos sería imposible saber de dónde venía ni a qué velocidad iba.


A mayor tamaño, menos patente se hace el principio de incertidumbre


Según explica Tom Purdy, autor principal del experimento, cuanto mayor sea un objeto, más pequeño será el efecto que provoca un fotón cuando choca contra él, haciendo que el principio de incertidumbre sea menos relevante cuanto mayor sea el tamaño de lo que queremos observar. La visión humana es posible precisamente porque nuestra retina recibe el impacto de los fotones que rebotan sobre los objetos que estamos observando.

En los últimos años, sin embargo, los físicos han logrado ir aumentando el tamaño de los objetos en los que el principio de incertidumbre se hace evidente. Pero nunca lo habían conseguido con un objeto visible a ojo desnudo. Purdy y su equipo construyeron un pequeño tambor de medio milímetro a base de nitruro de silicio, un material cerámico que se usa en la construcción de naves espaciales, y rodeado por un pequeño marco de silicio.

Después colocaron el pequeño tambor entre dos espejos y enfocaron sobre el un haz de luz láser. En esencia, la medición del tambor se produce cuando los fotones de luz rebotan sobre él y se reflejan en los espejos. Si se aumenta el número de fotones, los espejos empiezan a vibrar, reduciendo la precisión de la observación. Cuantos más fotones se lancen contra el tambor, mayor será la vibración de los espejos. Y es esa vibración, precisamente, la prueba del principio de incertidumbre en acción.

El hallazgo puede resultar de gran utilidad, por ejemplo, en la caza de «ondas gravitacionales», predichas por la relatividad general de Einstein pero nunca detectadas hasta ahora. El experimento de Purdy y sus colegas ha permitido, por primera vez, ver a la mecánica clasica y a la cuántica operando al mismo tiempo y en la misma escala.