Los sistemas cuánticos son extremadamente difíciles de analizar si consisten en más que unas pocas partes. No es difícil calcular un solo átomo de hidrógeno, pero para describir una nube atómica de varios miles de átomos, generalmente es necesario usaraproximaciones aproximadas. La razón de esto es que las partículas cuánticas están conectadas entre sí y no pueden describirse por separado. Kaspar Sakmann TU Wien, Viena y Mark Kasevich Stanford, EE. UU. han mostrado ahora en un artículo publicado en Física de la naturaleza que este problema puede superarse. Tuvieron éxito en el cálculo de los efectos en las nubes de átomos ultra-fríos que solo pueden explicarse en términos de las correlaciones cuánticas entre muchos átomos. Estas nubes de átomos se conocen como condensados de Bose-Einstein y son un campo activode investigación.
correlaciones cuánticas
La física cuántica es un juego de suerte y aleatoriedad. Inicialmente, los átomos en una nube de átomos fríos no tienen una posición predeterminada. Al igual que un dado que gira en el aire, donde el número aún no se ha determinado, los átomos están ubicadosen todas las posiciones posibles al mismo tiempo. Solo cuando se miden, sus posiciones son fijas. "Brillamos luz sobre la nube atómica, que luego es absorbida por los átomos", dice Kaspar Sakmann. "Los átomos son fotografiados, y estoes lo que determina su posición. El resultado es completamente al azar ".
Sin embargo, existe una diferencia importante entre la aleatoriedad cuántica y un juego de dados: si se lanzan diferentes dados al mismo tiempo, pueden verse como independientes entre sí. Si tiramos o no un seis con el dado número unono influye en el resultado del dado número 7. Los átomos en la nube de átomos, por otro lado, están conectados físicamente cuánticamente. No tiene sentido analizarlos individualmente, son un gran objeto cuántico. Por lo tanto, el resultado de cada medición de posiciónde cualquier átomo depende de las posiciones de todos los demás átomos de una manera matemáticamente complicada.
"No es difícil determinar la probabilidad de que se encuentre una partícula en una posición específica", dice Kaspar Sakmann. "La probabilidad es más alta en el centro de la nube y disminuye gradualmente hacia las franjas exteriores".sistema aleatorio, esta sería toda la información que se necesita. Si sabemos que en un lanzamiento de dados, cualquier número tiene la probabilidad de un sexto, entonces también podemos determinar la probabilidad de lanzar tres con tres dados. Incluso si tiramoscinco unidades consecutivas, la probabilidad sigue siendo la misma la próxima vez. Con las partículas cuánticas, es más complicado que eso.
"Resolvemos este problema paso a paso", dice Sakmann. "Primero calculamos la probabilidad de que se mida la primera partícula en una posición determinada. La distribución de probabilidad de la segunda partícula depende de dónde se haya encontrado la primera partícula.la posición de la tercera partícula depende de las dos primeras, y así sucesivamente ". Para poder describir la posición de la última partícula, se deben conocer todas las otras posiciones. Este tipo de enredo cuántico hace que el problema sea matemáticamente extremadamentedesafiante.
Solo las correlaciones pueden explicar los datos experimentales
Pero estas correlaciones entre muchas partículas son extremadamente importantes, por ejemplo, para calcular el comportamiento de colisionar condensados de Bose-Einstein. "El experimento muestra que tales colisiones pueden conducir a un tipo especial de ondas cuánticas. En ciertas posiciones encontramos muchaspartículas, en una posición adyacente no encontramos ninguna ", dice Kaspar Sakmann." Si consideramos los átomos por separado, esto no puede explicarse. Solo si tomamos en cuenta la distribución cuántica completa, con todas sus correlaciones más altas, estas ondas puedenser reproducido por nuestros cálculos "
También se han calculado otros fenómenos con el mismo método, por ejemplo, condensados de Bose-Einstein que se agitan con un rayo láser, de modo que surgen pequeños vórtices, otro efecto cuántico típico de muchas partículas ". Nuestros resultados muestran cuán importanteEstas correlaciones son y es posible incluirlas en los cálculos cuánticos, a pesar de todas las dificultades matemáticas ", dice Sakmann. Con ciertas modificaciones, el enfoque puede ser útil para muchos otros sistemas cuánticos.
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Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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