La Teoría Cuántica sobrevive a su prueba más reciente.

Impresión de Fotones Viajando a Través de Tres Rendijas

Crédito: IQC

Un experimento sencillo que envía fotones a través de tres rendijas es la mejor prueba hasta ahora de un importante axioma de la Teoría Cuántica denominado Regla de Born, o eso nos dicen unos físicos en Canadá y Austria. La confirmación de esta Teoría también proporciona una guía importante para aquellos que están buscando el 'Santo Grial' de la física, una Teoría Cuántica que incluye la gravedad.

Cuando un haz de partículas tales como fotones o electrones se enciende en dos rendijas poco espaciadas, el patrón de interferencia resultante se debe a que las partículas se comportan como ondas. La intensidad del patrón puede ser calculado por el cuadrado de la suma de las ondas que viajan a través de cada rendija. Esta es la consecuencia de la Regla de Born, la cual define la probabilidad de que una medición sobre un sistema cuántico producirá un resultado determinado.

En el caso de las tres rendijas, el cálculo produce tres términos que describen la interferencia entre las ondas que viajan a través de los tres posibles pares de rendijas. Sin embargo, no hay términos de "tercer orden" que involucren ondas viajando a través de tres rendijas. 

Si bien la Regla de Born ha sido el centro de la Teoría Cuántica desde la década de 1920, no ha sido probada experimentalmente con algún grado de rigor. Ahora, Gregor Weihs de la University of Innsbruck en Austria, y sus colegas en la University of Waterloo en Canadá han realizado un experimento de tres ranuras que muestra que no hay una interferencia de tercer orden.

La medición se inicia con la creación de un único fotón que se desencadena en una 'máscara' de tres ranuras (cada una de 30 micrómetros y separadas entre si, 100 micrómetros). Una vez que ha pasado a través de las ranuras, el fotón impacta contra un detector sensible a la posición. Los fotones individuales son disparados a una velocidad cercada a los 40,000 por segundo y un grupo de fotones contra la posición, dará el patrón de interferencia descrito por la Regla de Born.

Para probar la Regla, el equipo repitió la medición con una rendija abierta a la vez, y luego con las tres posibles configuraciones de las dos rendijas. Si la Regla de Born es correcta, todas estas medidas deberán, en resumen, el mismo patrón de interferencia que se observa cuando las tres rendijas están abiertas. Weihs y sus colegas vieron esto con una precisión de 1% de la intensidad del patrón, lo que confirma la Regla de Born,

Cualquier violación a la Regla de Born significaría que la Ecuación de Shrödinger (La Piedra Angular de la Teoría Cuántica) tendría que ser modificada. La existencia de términos de interferencia de tercer orden tendría enormes repercusiones teóricas (Podrían sacudir la Mecánica Cuántica hasta la 'médula'). Sin embargo, el descubrimiento de una violación será bienvenida, porque una teoría cuántica revisada podría llevarnos a la (Tan buscada) Teoría Unificada, que incorpora la Teoría Cuántica actual y las Teorías Gravitacionales.

"La cuestión entonces es, cuán radical se necesita una revisión", explica Rafael Sorkin del Perimeter Institute for Theoretical Physics en Canadá. Este experimento proporciona una respuesta al decirnos que (De la precisión alcanzada hasta ahora) la naturaleza está satisfecha la interferencia de dos rendijas que conocemos, pero no presenta las nuevas formas de interferencia que involucran tres o más alternativas.

Weihs menciona que el equipo está realizando un experimento similar con separadores de haces remplazando las rendijas (Lo cual  debería permitirles reducir la incertidumbre experimental). También planean repetir el experimento con cuatro o cinco rendijas.

Para saber más:

Ruling Out Multi-Order Interference in Quantum Mechanics (Abstract)

Urbasi Sinha, Christophe Couteau, Thomas Jennewien, Raymond Laflamme, and Gregor Weihs.

Notes on Quantum Mechanics

K. Schulten

Quantum Mechanics

Richard Fitzpatrick