Relojes y sensores más precisos pueden resultar de un experimento propuesto recientemente, que vincula una paradoja ideada por Einstein con la mecánica cuántica. Un físico dijo que la colaboración internacional tenía como objetivo probar la paradoja de los gemelos de Einstein utilizando partículas cuánticas en un estado de “superposición”.
La Dra. Magdalena Zych, física de la Universidad de Queensland, dijo que la colaboración internacional tenía como objetivo probar la paradoja de los gemelos de Einstein utilizando partículas cuánticas en un estado de “superposición”.
“La paradoja de los gemelos es una de las predicciones más contradictorias de la teoría de la relatividad”, dijo el Dr. Zych.
“Dice que el tiempo puede pasar a diferentes velocidades para personas a diferentes distancias hasta una enorme masa o viajar con diferentes velocidades”.
“Por ejemplo, en relación con un reloj de referencia lejos de cualquier objeto masivo, un reloj más cercano a una masa o moviéndose a alta velocidad marcará más lentamente.
“Esto crea una ‘paradoja gemela’, donde uno de un par de gemelos sale en un viaje de alta velocidad mientras que el otro se queda atrás.
“Cuando los gemelos se reúnan, el gemelo viajero sería mucho más joven, ya que han pasado diferentes cantidades de tiempo para cada uno de ellos.
“Es un efecto alucinante, presentado en películas populares como Interestelar, pero también ha sido verificado por experimentos del mundo real, e incluso se tiene en cuenta para que la tecnología GPS diaria funcione”.
El equipo incluyó investigadores de la Universidad de Ulm y la Universidad de Leibniz de Hannover y descubrió cómo se podía utilizar la tecnología láser avanzada para realizar una versión cuántica de la paradoja gemela de Einstein.
En la versión cuántica, en lugar de gemelos, solo habrá una partícula viajando en una superposición cuántica.
“Una superposición cuántica significa que la partícula está en dos ubicaciones al mismo tiempo, en cada una de ellas con cierta probabilidad, y sin embargo, esto es diferente a colocar la partícula en una u otra ubicación al azar”, dijo el Dr. Zych.
“Es otra forma de que exista un objeto, solo permitido por las leyes de la física cuántica.
“La idea es colocar una partícula en superposición en dos trayectorias con diferentes velocidades, y ver si pasa una cantidad de tiempo diferente para cada una de ellas, como en la paradoja gemela”.
“Si nuestra comprensión de la teoría cuántica y la relatividad es correcta, cuando las trayectorias superpuestas se encuentran, el viajero cuántico estará en superposición de ser más viejo y más joven que él mismo”.
“Esto dejaría una firma inconfundible en los resultados del experimento, y eso es lo que esperamos encontrar cuando el experimento se realice en el futuro”.
“Podría conducir a tecnologías avanzadas que permitirán a los físicos construir sensores y relojes más precisos, potencialmente, una parte clave de futuros sistemas de navegación, vehículos autónomos y redes de alerta temprana de terremotos”.
El experimento en sí también responderá algunas preguntas abiertas en la física moderna.
“Un ejemplo clave es, ¿puede el tiempo mostrar un comportamiento cuántico o es fundamentalmente clásico?” Dijo el Dr. Zych.
“Esta pregunta es probablemente crucial para el ‘santo grial’ de la física teórica: encontrar una teoría conjunta de los fenómenos cuánticos y gravitacionales.
“Esperamos poder ayudar a responder esta pregunta y abordar muchas más”.
“La paradoja de los gemelos es una de las predicciones más contradictorias de la teoría de la relatividad”, dijo el Dr. Zych.
“Dice que el tiempo puede pasar a diferentes velocidades para personas a diferentes distancias hasta una enorme masa o viajar con diferentes velocidades”.
“Por ejemplo, en relación con un reloj de referencia lejos de cualquier objeto masivo, un reloj más cercano a una masa o moviéndose a alta velocidad marcará más lentamente.
“Esto crea una ‘paradoja gemela’, donde uno de un par de gemelos sale en un viaje de alta velocidad mientras que el otro se queda atrás.
“Cuando los gemelos se reúnan, el gemelo viajero sería mucho más joven, ya que han pasado diferentes cantidades de tiempo para cada uno de ellos.
“Es un efecto alucinante, presentado en películas populares como Interestelar, pero también ha sido verificado por experimentos del mundo real, e incluso se tiene en cuenta para que la tecnología GPS diaria funcione”.
El equipo incluyó investigadores de la Universidad de Ulm y la Universidad de Leibniz de Hannover y descubrió cómo se podía utilizar la tecnología láser avanzada para realizar una versión cuántica de la paradoja gemela de Einstein.
En la versión cuántica, en lugar de gemelos, solo habrá una partícula viajando en una superposición cuántica.
“Una superposición cuántica significa que la partícula está en dos ubicaciones al mismo tiempo, en cada una de ellas con cierta probabilidad, y sin embargo, esto es diferente a colocar la partícula en una u otra ubicación al azar”, dijo el Dr. Zych.
“Es otra forma de que exista un objeto, solo permitido por las leyes de la física cuántica.
“La idea es colocar una partícula en superposición en dos trayectorias con diferentes velocidades, y ver si pasa una cantidad de tiempo diferente para cada una de ellas, como en la paradoja gemela”.
“Si nuestra comprensión de la teoría cuántica y la relatividad es correcta, cuando las trayectorias superpuestas se encuentran, el viajero cuántico estará en superposición de ser más viejo y más joven que él mismo”.
“Esto dejaría una firma inconfundible en los resultados del experimento, y eso es lo que esperamos encontrar cuando el experimento se realice en el futuro”.
“Podría conducir a tecnologías avanzadas que permitirán a los físicos construir sensores y relojes más precisos, potencialmente, una parte clave de futuros sistemas de navegación, vehículos autónomos y redes de alerta temprana de terremotos”.
El experimento en sí también responderá algunas preguntas abiertas en la física moderna.
“Un ejemplo clave es, ¿puede el tiempo mostrar un comportamiento cuántico o es fundamentalmente clásico?” Dijo el Dr. Zych.
“Esta pregunta es probablemente crucial para el ‘santo grial’ de la física teórica: encontrar una teoría conjunta de los fenómenos cuánticos y gravitacionales.
“Esperamos poder ayudar a responder esta pregunta y abordar muchas más”.
Fuente: Sina Loriani, Alexander Friedrich, Christian Ufrecht, Fabio Di Pumpo, Stephan Kleinert, Sven Abend, Naceur Gaaloul, Christian Meiners, Christian Schubert, Dorothee Tell, Étienne Wodey, Magdalena Zych, Wolfgang Ertmer, Albert Roura, Dennis Schlippert, Wolfgang P. Schleich, Ernst M. Rasel, Enno Giese. Interference of clocks: A quantum twin paradox. Science Advances, 2019
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