2021-12-17 22:30:46

La física cuántica requiere números imaginarios para explicar la realidad

Las teorías basadas solo en números reales no logran explicar los resultados de dos nuevos experimentos

Para explicar el mundo real, los números imaginarios son necesarios, según un experimento cuántico (mostrado) realizado por un equipo de físicos que incluye a Yali Mao (en la foto) de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur en Shenzhen, China.

Los números imaginarios pueden parecer unicornios y duendes, interesantes pero irrelevantes para la realidad.

Pero para describir la materia en sus raíces, los números imaginarios resultan esenciales. Parecen estar entretejidos en el tejido de la mecánica cuántica, las matemáticas describen el reino de las moléculas, los átomos y las partículas subatómicas. Una teoría que obedece las reglas de la física cuántica necesita números imaginarios para describir el mundo real, sugieren dos nuevos experimentos.

Los números imaginarios resultan de sacar la raíz cuadrada de un número negativo. A menudo aparecen en ecuaciones como una herramienta matemática para facilitar los cálculos. Pero todo lo que realmente podemos medir sobre el mundo se describe con números reales , las cifras normales y no imaginarias a las que estamos acostumbrados ( SN: 8/5/18 ). Eso también es cierto en la física cuántica. Aunque los números imaginarios aparecen en el funcionamiento interno de la teoría, todas las medidas posibles generan números reales.

El uso prominente de la teoría cuántica de números complejos (sumas de números reales e imaginarios) desconcertó a sus fundadores, incluido el físico Erwin Schrödinger. "Desde los primeros días de la teoría cuántica, los números complejos se trataron más como una conveniencia matemática que como un bloque de construcción fundamental", dice el físico Jingyun Fan de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur en Shenzhen, China.

Algunos físicos han intentado construir la teoría cuántica utilizando únicamente números reales, evitando el reino imaginario con versiones llamadas "mecánica cuántica real". Pero sin una prueba experimental de tales teorías, la pregunta seguía siendo si los números imaginarios eran realmente necesarios en la física cuántica o simplemente una herramienta computacional útil.

Un tipo de experimento conocido como prueba de Bell resolvió un dilema cuántico diferente, demostrando que la mecánica cuántica realmente requiere extraños vínculos cuánticos entre partículas llamados entrelazamiento ( SN: 28/8/15 ). “Empezamos a pensar si un experimento de este tipo también podría refutar la mecánica cuántica real”, dice el físico teórico Miguel Navascués del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de Viena. Él y sus colegas presentaron un plan para un experimento en un artículo publicado en línea en arXiv.org en enero de 2021 y publicado el 15 de diciembre en Nature .

En este plan, los investigadores enviarían pares de partículas entrelazadas de dos fuentes diferentes a tres personas diferentes, nombradas según la jerga de la física convencional como Alice, Bob y Charlie. Alice recibe una partícula y puede medirla usando varios ajustes que elija. Charlie hace lo mismo. Bob recibe dos partículas y realiza un tipo especial de medición para enredar las partículas que reciben Alice y Charlie. Una teoría cuántica real, sin números imaginarios, predeciría resultados diferentes a los de la física cuántica estándar, lo que permitiría al experimento distinguir cuál es el correcto.

Fan y sus colegas realizaron un experimento de este tipo utilizando fotones o partículas de luz, informan en un artículo que se publicará en Physical Review Letters . Al estudiar cómo se comparan los resultados de Alice, Charlie y Bob en muchas mediciones, Fan, Navascués y sus colegas muestran que los datos solo podrían describirse mediante una teoría cuántica con números complejos .

Otro equipo de físicos realizó un experimento basado en el mismo concepto utilizando una computadora cuántica hecha con superconductores, materiales que conducen la electricidad sin resistencia. Esos investigadores también encontraron que la física cuántica requiere números complejos , informan en otro artículo que se publicará en Physical Review Letters . “Tenemos curiosidad por saber por qué los números complejos son necesarios y juegan un papel fundamental en la mecánica cuántica”, dice el físico cuántico Chao-Yang Lu de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei, coautor del estudio.

Pero los resultados no descartan todas las teorías que evitan los números imaginarios, señala el físico teórico Jerry Finkelstein del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, que no participó en los nuevos estudios. El estudio eliminó ciertas teorías basadas en números reales, es decir, aquellas que aún siguen las convenciones de la mecánica cuántica. Todavía es posible explicar los resultados sin números imaginarios utilizando una teoría que ro



Comments

@cervatana84 - 2021-12-18 00:01:41

Interesante


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