El Premio Nobel de Física 2022 se otorga a pruebas innovadoras de acción espeluznante a distancia

Agrandar / El Premio Nobel de Física 2022 es para Alain Aspect, John F. Clauser y Anton Zeilinger, «por experimentos con fotones entrelazados, que demuestran la violación de las desigualdades de Bell y son pioneros en la ciencia de la información cuántica». Niklas Elmehed/Premio Nobel Físico de la Universidad de Cornell N. David Mermin describió una vez el entrelazamiento cuántico como «lo más cercano que podemos a la magia», ya que significa que las perturbaciones en una parte del universo pueden afectar instantáneamente a otras partes distantes del universo, superando de alguna manera el límite cósmico de la velocidad de la luz. Albert Einstein lo llamó memorablemente «acción espeluznante a distancia». La Real Academia Sueca de Ciencias otorgó hoy a tres físicos el Premio Nobel de Física 2022 por su trabajo sobre el entrelazamiento. Alain Aspect, John F. Clauser y Anton Zeilinger fueron reconocidos «por experimentos con fotones entrelazados que demuestran la violación de las desigualdades de Bell y el trabajo pionero en la ciencia de la información cuántica». Cuando las partículas subatómicas interactúan, pueden conectarse de forma invisible, aunque pueden estar físicamente separadas. Por lo tanto, el conocimiento de un socio puede revelar inmediatamente el conocimiento de su gemelo. Si mides el estado de una, conoces el estado de la otra sin tener que hacer una segunda medición, ya que la primera medición también determina las propiedades de la otra partícula. Hay muchas formas diferentes en las que las partículas pueden entrelazarse, pero en cada caso ambas partículas deben surgir de un único proceso «madre». Por ejemplo, si un solo fotón pasa a través de un tipo especial de cristal, ese fotón se puede dividir en dos nuevas partículas «hijas». Los llamamos «verde» y «rojo» (abreviatura de propiedades de partículas más abstractas como giro o velocidad). Estas partículas se enredan. La energía debe conservarse, por lo que ambas partículas hijas tienen una frecuencia y energía más bajas que la partícula madre original, pero la energía total entre ellas es igual a la energía de la madre. No tenemos forma de saber cuál es verde y cuál es rojo. Todo lo que sabemos es que cada fotón hijo tiene una probabilidad del 50/50 de ser de un color u otro. Pero si por casualidad vemos una de las partículas y encontramos que es roja, podemos concluir inmediatamente que la otra debe ser verde.
Agrandar / Los pares entrelazados de la mecánica cuántica se pueden comparar con una máquina que lanza bolas de diferentes colores en direcciones opuestas. Johan Jarnestad/Real Academia Sueca de Ciencias Gran parte de esto se estableció en un artículo seminal de 1935 de Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen, presentado como un experimento mental para demostrar que la mecánica cuántica no era una teoría física completa. Si el resultado de una medición en una partícula de un sistema cuántico entrelazado puede tener un efecto inmediato en otra partícula, independientemente de la distancia entre las dos partes, esto se denomina «comportamiento no local». Sin embargo, esto parece violar uno de los principios centrales de la relatividad: la información no puede transmitirse más rápido que la velocidad de la luz, ya que esto violaría la causalidad. Einstein y sus colaboradores tenían la idea general de que las variables ocultas podrían extender la mecánica cuántica convencional: propiedades locales aún desconocidas del sistema que actúan como instrucciones ocultas que «dicen» a las partículas qué resultado determinar en un experimento particular. Einstein, Podolsky y Rosen argumentaron que esto debería explicar la discrepancia, por lo que no era necesaria una acción espeluznante inmediata. Pero no tenían un modelo particular que proponer. Y la comunidad de físicos estaba convencida de que las variables ocultas eran imposibles. Sin embargo, John Bell cuestionó esta negación de las variables ocultas después de leer acerca de los acalorados debates sobre las implicaciones filosóficas de la mecánica cuántica en las décadas de 1920 y 1930. «Dudé en creer que estaba mal», dijo una vez, «pero sabía que era sospechoso». Bell se inspiró en la construcción de David Bohm de una teoría de variables ocultas que parecía funcionar perfectamente, pero tuvo un precio: violar la localidad. Bell encontró una manera de distinguir entre las teorías que se ajustaban a las predicciones experimentales de la mecánica cuántica y las que no, y demostró que las teorías locales nunca estarían a la altura. El astrofísico y filósofo Adam Becker hizo un breve resumen de la importancia del trabajo de Bell a principios de este año durante un programa de Pioneer Works sobre el tema:

En el experimento mental EPR, hubo una correlación perfecta entre los dos electrones, pero solo cuando sus espines se midieron a lo largo del mismo eje. Cuando sus giros se midieron a lo largo de diferentes ejes, digamos uno a lo largo del eje vertical y el otro a lo largo de un eje a medio camino entre la vertical y la horizontal, la mecánica cuántica predijo una correlación incompleta entre los dos. Y para ciertos ángulos entre estos ejes, la correlación era mayor de lo que podría explicarse sin una conexión instantánea de larga distancia entre ellos. En resumen, Bell había demostrado que EPR solo tenía razón a medias: la elección no estaba entre la acción espeluznante y la mecánica cuántica incompleta. La elección estaba entre la acción espeluznante y la mecánica cuántica incorrecta. La mecánica cuántica predijo correlaciones instantáneas de larga distancia. ¿Se podría confirmar la predicción en el laboratorio?