Complicando el paseo aleatorio

Agravando un concepto complicado con otro, un equipo de físicos atómicos ha dado una vuelta de tuerca al clásico “camino (o paseo) aleatorio” – un deambular idealizado que es clave para explicar la difusión de un líquido en otro y una miríada de otros fenómenos del mundo real. Esta vez, los investigadores han hecho que un átomo deambule de acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica y han hallado que cubre más distancia de la que cubriría sin ellas. El avance, anunciado en Science, podría ser útil en nuevas tecnologías de información cuántica, dicen los investigadores. Pero el verdadero logro parece ser el casamiento de dos conceptos de la física clásica.

En tiempos menos políticamente correctos, los profesores de física explicaban el paseo aleatorio de esta manera. Supongamos que un borracho se planta bajo una farola, tambaleándose a izquierda y derecha con igual probabilidad. Después de cierto número de pasos, N, es posible que haya dado unos cuantos pasos más hacia la izquierda que hacia la derecha, o viceversa. De hecho, tras N pasos, en promedio el borracho se habrá alejado de la farola una distancia proporcional a la raíz cuadrada de N. Quizás esto suene como algo inconsecuente, pero este tipo de paseo aleatorio describe muy bien el movimiento de una molécula en una muestra de líquido o electrones traqueteando dentro de un metal.

Ahora, Michal Karski, Artur Widera, y sus colegas en la Universidad de Bonn en Alemania han complicado el problema agregando a la mezcla la extraña realidad de la mecánica cuántica. Un borracho, o cualquier otro objeto “clásico” debe moverse hacia la derecha, o hacia la izquierda. Pero según la mecánica cuántica, una diminuta partícula, como por ejemplo un átomo, puede moverse en direcciones opuestas al mismo tiempo y acabar en un llamado estado de superposición en el que está en dos lugares al mismo tiempo. Y sucede algo más: Cuando alguien mide la posición de la partícula, el delicado estado cuántico se colapsa para que la partícula se encuentre en un lugar o el otro.

Aprovechándose de todo esto, los investigadores han hecho que un átomo de cesio se dé un “paseo aleatorio” sobre una cadena de puntos de luz de láser formada por dos haces de láser opuestos. Comenzando con el átomo en un punto, le hacen cosquillas con ondas de radio para que comience a girar en direcciones opuestas -hacia arriba y hacia abajo – al mismo tiempo. Entonces manipulan las polarizaciones de las haces de láser para estirar la parte “hacia arriba” del estado cuántico hacia la derecha y la parte “hacia abajo” hacia la izquierda. Esto lleva al átomo a un estado difícil de imaginar en el que se posiciona en un punto (de láser) girando hacia arriba mientras al mismo tiempo se posiciona en el próximo punto girando hacia abajo.

Entonces los investigadores repiten el proceso una y otra vez hasta que el átomo acaba en un estado cuántico en el que ocupa muchos puntos de luz al mismo tiempo. Cuando los investigadores miden la posición del átomo, el estado se colapsa a un solo punto. Pero al repetir el experimento muchas veces, logran trazar ese estado. Y hallan que, después de N pasos, un átomo “normal” se ha movido una distancia proporcional a N desde su punto original – más de lo que habría hecho de manera clásica.

Artículo publicado en Cultura  3.0 (16 de julio de 2009)

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