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¿Dónde estabas, fotones?

abril 18, 2020
profesor-de-fisica - fsica importancia

Ofrezco a continuación mi traducción de un artículo reciente. [1] que encontré muy bien hecho en un tema difícil de acceder: la mecánica cuántica.

La experiencia descrita es excelente, y su interpretación por una simetría del tiempo particularmente hace cosquillas en mis neuronas … Resumen Con una nueva versión del famoso experimento Young Slot, los físicos israelíes acaban de medir un fenómeno extraño incluso según los estándares contraintuitivos de la mecánica cuántica. Al colocar dos rendijas de Young en el camino de un experimento con otras dos rendijas de Young, los investigadores mostraron que los fotones pasan a través de una parte de la instalación en la que no entran ni salen. Según este equipo, este efecto se comprende más fácilmente al invocar una interpretación no convencional de la mecánica cuántica propuesta en 1964, «formalismo vectorial de dos estados»

La experiencia de la versión acuática de Young. Haga clic para un gran video La demostración más simple y convincente de la dualidad onda-partícula es probablemente el famoso experimento Young Slot. Las partículas como los fotones o los electrones emitidos, uno por uno, se comportan como ondas cuando pasan a través de dos ranuras estrechas y cercanas, y forman un patrón de interferencia en una pantalla. En una versión reciente del experimento, Lev Vaidman y sus colegas de la Universidad de Tel Aviv utilizaron interferómetros Mach-Zehnder como rendijas dobles de Young y fotones como partículas.

El interferómetro óptico utiliza un espejo semirreflectante para dividir el haz de fotones en dos caminos separados que se recombinan y se envían a un detector. Cualquier diferencia de longitud entre los dos caminos influye en la interferencia de los dos rayos cuando se recombinan, lo que cambia la intensidad medida por el detector. Tres caminos posibles En el experimento de Tel Aviv, se coloca un interferómetro Mach-Zehnder «interno» en una de las rutas de un interferómetro «externo» para que el haz recombinado continúe su camino a través del aparato » externo «a un detector (ver figura a continuación). Por lo tanto, un fotón tiene tres posibles caminos entre su fuente y el detector. El propósito del experimento es descubrir qué caminos tomaron los fotones que llegaron al detector, al menos parte de ellos. Esto se llama una «medida débil» y es consistente con las leyes de la mecánica cuántica porque no implica medir el camino seguido por un fotón específico. Con el «formalismo vectorial de dos estados», la probabilidad de encontrar un fotón se define por una onda que se propaga desde la fuente (en rojo) y una onda que se propaga desde el detector (en verde). Un fotón solo se puede encontrar donde los dos no son cero. (ilustración: Lev Vaidman) Para llevar a cabo sus mediciones, los físicos hicieron que los espejos de los interferómetros vibraran a una frecuencia diferente. Al vibrar, cada espejo altera ligeramente la longitud del haz de luz que refleja, lo que cambia la intensidad detectada. A medida que cada espejo vibra a una frecuencia separada, la presencia de un pico en cada una de estas frecuencias en la señal detectada indica que los fotones han pasado a través del espejo correspondiente.

Los investigadores ajustaron la longitud de las rutas a través del interferómetro interno para que los dos rayos interfieran destructivamente durante su recombinación. Como resultado, ninguna luz puede salir del interferómetro interno. Por lo tanto, podríamos esperar hasta que la única oscilación detectada provenga del espejo C sin pasar por el interferómetro interno, pero esto no es lo que encontraron los investigadores Conclusión rara La intensidad detectada realmente oscila a la frecuencia del espejo C, pero también a la de los espejos del interferómetro interno A y B. Sin embargo, no oscila a las frecuencias de los espejos E y F ubicados en la entrada y en la salida de este. Esto lleva a la extraña conclusión de que algunos fotones recibidos en el detector pasaron por el interferómetro interno, pero nunca entraron o salieron de él. Los investigadores creen que esto valida una de las interpretaciones minoritarias de la mecánica cuántica llamada «formalismo vectorial de dos estados». Fue propuesto por primera vez en 1964 por Yakir Aharonov, Peter Bergmann y Joel Lebowitz. Con esta interpretación, la probabilidad de encontrar una partícula en un lugar determinado es el producto de dos vectores, uno que evoluciona desde la fuente y el otro que retrocede en el tiempo desde el detector.

Un fotón solo puede tocar un espejo si y solo si las dos ondas no son cero en este punto. El interferómetro interno significa que cualquier onda que lo abandona es idénticamente cero. La ola que se dirige hacia el futuro (roja en la ilustración) no pasa a través del espejo F, por lo que no puede haber fotones allí. En cuanto a la onda que retrocede en el tiempo a través del interferómetro interno (en verde), no pasa a través del espejo de entrada E, por lo que tampoco puede haber fotón allí. Sin embargo, en el interferómetro interno las dos ondas no son cero, por lo que los fotones pasan a través de los dos caminos, incluidos los espejos A y B. Intuiciones y explicaciones. Vaidman insiste en que el «formalismo vectorial de dos estados» en realidad no hace predicciones diferentes de las del enfoque de la mecánica de onda convencional ideado por Erwin Schrödinger en la década de 1920. Sin embargo, los resultados de este experimento parecen altamente contra-intuitivo y son difíciles de racionalizar por el método tradicional. Según Vaidman, «puedes definir constantes y puedes tener intuiciones sobre lo que está sucediendo usando el formalismo vectorial de dos estados, pero nada que la mecánica cuántica estándar pueda explicar al final». Onur Hosten de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign no participó en el experimento y considera que, con formalismo vectorial con dos estados o no, el efecto se produce por el hecho de que una medida débil perturba inevitablemente el sistema. Balancear los espejos cambia la longitud de los caminos, lo que destruye la interferencia destructiva perfecta y permite que la función de onda escape. «Desde mi punto de vista, es realmente interesante entender por qué obtenemos estos resultados», dijo Hosten, «pero también es interesante que una medida débil proporcione respuestas desconcertantes».

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