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100 AÑOS DE RELATIVIDAD GENERAL

Mala suerte, Einstein: la “acción fantasmagórica” es real

Un nuevo estudio pone en duda uno de los principios esenciales de la física clásica

Una parte del laboratorio instalado para el experimento de la Universidad Técnica de Delft, donde dos diamantes situados a 1,3 kilómetros de distancia se entrelazaron y compartieron información.

Científicos de la Universidad Técnica de Delft (Holanda) han realizado un experimento que, en su opinión, demuestra una de las afirmaciones fundamentales de la teoría cuántica: los objetos separados entre sí por una gran distancia pueden afectar instantáneamente a sus respectivos comportamientos.

El hallazgo constituye un nuevo revés para uno de los principios esenciales de la física clásica, conocido como “localidad”, que afirma que un objeto solo se ve directamente influido por su entorno inmediato. El estudio de Delft, publicado en la revista Nature, otorga mayor credibilidad a una idea que Einstein rechazó sonadamente. El científico afirmó que la teoría cuántica necesitaba una “acción fantasmagórica a distancia”, y se negó a aceptar la idea de que el universo pudiese comportarse de una manera tan extraña y aparentemente aleatoria.

En concreto, Einstein se burlaba del concepto de que las partículas separadas pudiesen estar tan plenamente “entrelazadas” que, al medir una partícula, la otra se viera influida al instante, independientemente de la distancia que las separase. Einstein quedó profundamente contrariado por la incertidumbre que introducía la teoría cuántica, y comparó sus implicaciones con que Dios jugase a los dados.

Einstein se negó a aceptar la idea de que el universo pudiese comportarse de una manera tan extraña y aparentemente aleatoria

Sin embargo, desde la década de 1970, una serie de experimentos concretos realizados por diferentes físicos está acabando con cualquier duda —explicaciones alternativas conocidas como “agujeros”— de que dos partículas que hayan estado entrelazadas previamente, aun estando ahora separadas por todo el universo, puedan interactuar al instante.

El nuevo experimento, realizado por un grupo dirigido por Ronald Hanson, físico del Instituto Kavli de Nanociencia de la universidad holandesa, y en el que han colaborado científicos españoles y británicos, es la prueba más concluyente que apoya las afirmaciones fundamentales de la teoría de la mecánica cuántica sobre la existencia de un mundo extraño, formado por un tejido de partículas subatómicas, donde la materia no adopta una forma hasta que se observa, y donde el tiempo no solo avanza, sino que también retrocede.

Los investigadores describen su experimento como una “prueba Bell sin agujeros”, en referencia a un experimento propuesto en 1964 por el físico John Stewart Bell, como una forma de demostrar que la “acción fantasmagórica a distancia” es real. “Estas pruebas se hacen desde finales de la década de 1970, pero siempre de una forma que exigía suposiciones adicionales”, explica Hanson. “Ahora hemos confirmado la existencia de una acción fantasmagórica a distancia”.

Según los científicos, ya se han descartado todas las posibles variables ocultas que ofrecerían explicaciones a los entrelazamientos de larga distancia basados en las leyes de la física clásica.

Los investigadores de Delft pudieron entrelazar dos electrones separados por una distancia de 1,3 kilómetros y luego compartir información entre ellos. Los físicos usan el término “entrelazamiento” para hacer referencia a las parejas de partículas generadas de tal modo que no pueden describirse independientemente.

Los científicos colocaron dos diamantes en los extremos opuestos del campus de la Universidad de Delft, a 1,3 kilómetros de distancia. Cada diamante contenía una minúscula trampa para electrones individuales, que tienen una propiedad magnética llamada “espín” [del inglés “spin”, que significa giro o girar]. Luego se usaron impulsos de energía láser y microondas para entrelazar y medir el “espín” de los electrones.

La distancia —los detectores estaban instalados en extremos opuestos del campus— garantizaba que la información no pudiera intercambiarse por medios convencionales en el tiempo que lleva hacer la medida.

Los científicos colocaron dos diamantes en los extremos opuestos del campus de la Universidad de Delft, a 1,3 kilómetros de distancia

“Creo que es un experimento bonito e ingenioso, que ayudará a avanzar a todo el campo”, explica David Kaiser, físico del MIT, que no participó en el experimento. Sin embargo, Kaiser, que trabaja con otro grupo de físicos que se está preparando para realizar un experimento aún más ambicioso el año que viene —donde se medirá la luz capturada en extremos alejados del universo— también afirma que no considera que el experimento holandés haya disipado todo atisbo de duda.

Las pruebas se realizan en un mundo complejo y peculiar. Según la mecánica cuántica, las partículas no adquieren propiedades formales hasta que se miden o se observan de algún modo. Hasta entonces, pueden existir simultáneamente en dos o más puntos. Sin embargo, una vez medidas, pasan a una realidad más clásica, y existen en un solo lugar.

Más allá del resultado inmediato, los físicos se percataron de que el experimento representaba un avance en la comprensión de un mundo liliputiense que otrora era terreno de la teoría. La mecánica cuántica ya ha tenido un impacto enorme en la tecnología y la industria moderna: constituye los cimientos del láser y los ordenadores modernos, por ejemplo.

“Lo que me resulta interesante es que los experimentadores están aprendiendo a manipular los sistemas cuánticos y realizan experimentos que eran imposibles cuando yo empecé en la física”, señala Leonard Susskind, físico teórico de Stanford. “Las cosas que antes eran ‘experimentos mentales’, en el mejor de los casos, se convierten en una realidad, y luego en rutina. Es algo extraordinario”.

En efecto, el experimento no es solo una justificación de la exótica teoría de la mecánica cuántica, sino un paso hacia una aplicación práctica conocida como “internet cuántico”. Actualmente, la seguridad de Internet y de la infraestructura del comercio electrónico se ve amenazada por potentes ordenadores que plantean un desafío para la tecnología de codificación basada en la capacidad de factorizar números grandes y otras estrategias relacionadas.

Algunos investigadores como Hanson se imaginan una red de comunicación cuántica formada por una cadena de partículas entrelazadas que rodea todo el planeta. Dicha red permitiría compartir con seguridad claves de codificación y conocer los intentos de espionaje con una certeza absoluta.

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Bas Hensen, a la izquierda, y Ronald Hanson contribuyeron a demostrar que los objetos separados pueden influirse instantáneamente.

Para algunos físicos, aunque el nuevo experimento afirme que “no tiene agujeros”, el asunto no está completamente zanjado. “El experimento ha acabado, de forma hermosa, con dos de los tres principales agujeros. Pero dos de tres no son tres”, afirma Kaiser. “Creo con toda mi alma que la mecánica cuántica es la descripción correcta de la naturaleza, pero, francamente, aún no estamos en condiciones de afirmarlo con total rotundidad”.

Una posible debilidad del experimento, opina Kaiser, es que el sistema electrónico que los investigadores emplearon para añadir aleatoriedad a su medida podría estar determinado de antemano de alguna forma sutil que es difícilmente detectable, lo que supondría que el resultado podría estar predeterminado, tal y como creía Einstein.

Para intentar superar esa debilidad y cerrar el que se considera último agujero, la Fundación Nacional de Ciencia ha financiado a un grupo de físicos liderados por Kaiser y Alan H. Guth, también del MIT, para realizar un experimento con más posibilidades de garantizar la independencia completa de los detectores de medidas, capturando la luz de objetos alejados y situados en extremos diferentes de la galaxia el año que viene. Luego se irá un paso más allá, y se capturará la luz de objetos conocidos como cuásares y situados cerca del límite del universo, en los años 2017 y 2018.

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