Es uno de los resultados más sorprendentes de la física: cuando un sistema complejo se deja solo, volverá a su estado inicial con una precisión casi perfecta. Las partículas de gas, por ejemplo, girando caóticamente en un contenedor, regresarán casi exactamentea sus posiciones iniciales después de algún tiempo. Este "Teorema de recurrencia de Poincaré" es la base de la teoría moderna del caos. Durante décadas, los científicos han investigado cómo este teorema puede aplicarse al mundo de la física cuántica. Ahora, los investigadores de TU Wien Vienahan demostrado con éxito una especie de "recurrencia de Poincaré" en un sistema cuántico de partículas múltiples. Los resultados han sido publicados en la revista ciencia .
Una vieja pregunta, revisada
A fines del siglo XIX, el científico francés Henri Poincaré estudió sistemas que no pueden analizarse completamente con una precisión perfecta, por ejemplo, sistemas solares que consisten en muchos planetas y asteroides, o partículas de gas, que siguen chocando entre sí.Resultado sorprendente: todo estado que sea físicamente posible será ocupado por el sistema en algún momento, al menos con un muy buen grado de aproximación. Si solo esperamos lo suficiente, en algún punto todos los planetas formarán una línea recta.coincidencia. Las partículas de gas en una caja crearán patrones interesantes o volverán al estado en que estaban cuando comenzó el experimento.
Se puede probar un teorema similar para los sistemas cuánticos. Sin embargo, se aplican reglas completamente diferentes: "En física cuántica, tenemos que encontrar una forma completamente nueva de abordar este problema", dice el profesor Jörg Schmiedmayer del Instituto paraFísica atómica y subatómica en TU Wien. "Por razones muy fundamentales, el estado de un gran sistema cuántico, que consta de muchas partículas, nunca puede medirse perfectamente. Aparte de eso, las partículas no pueden verse como objetos independientes, tenemos que tomaren cuenta que están enredados mecánicamente cuánticamente "
Ha habido intentos de demostrar el efecto de la "recurrencia de Poincaré" en los sistemas cuánticos, pero hasta ahora esto solo ha sido posible con un número muy pequeño de partículas, cuyo estado se midió con la mayor precisión posible. Esto es extremadamente complicado y elel tiempo que tarda el sistema en volver a su estado original aumenta dramáticamente con el número de partículas. El equipo de Jörg Schmiedmayers en TU Wien, sin embargo, eligió un enfoque diferente: "No estamos tan interesados en el estado interno completo del sistema, queno se puede medir de todos modos ", dice Bernhard Rauer, primer autor de la publicación." En cambio, queremos preguntar: ¿qué cantidades podemos observar, que nos dicen algo interesante sobre el sistema en su conjunto? ¿Y hay momentos en que estas cantidades colectivasvolver a su valor inicial? "
El equipo estudió el comportamiento de un gas ultrafrío, que consta de miles de átomos, que se mantiene en su lugar mediante campos electromagnéticos en un chip. "Hay varias cantidades diferentes que describen las características de dicho gas cuántico, por ejemplo, longitudes de coherenciaen el gas y las funciones de correlación entre diferentes puntos en el espacio. Estos parámetros nos dicen cuán estrechamente están unidas las partículas por los efectos de la mecánica cuántica ", dice Sebastian Erne, quien fue responsable de los cálculos teóricos necesarios para el proyecto." Nuestra intuición cotidiana esno está acostumbrado a lidiar con estas cantidades, pero para un sistema cuántico, son cruciales "
Recurrencia descubierta - en cantidades colectivas
Al medir tales cantidades, que no se refieren a partículas individuales, sino que caracterizan el sistema como un todo, de hecho fue posible observar la recurrencia cuántica buscada desde hace mucho tiempo. Y no solo eso: "Con nuestro chip atómico, podemos inclusoinfluye en el tiempo que tarda el sistema en volver a un estado en particular ", dice Jörg Schmiedmayer." Al medir este tipo de recurrencia, aprendemos mucho sobre la dinámica colectiva de los átomos, por ejemplo, sobre la velocidad del sonido en el gaso sobre la dispersión de fenómenos de ondas de densidad "
La vieja pregunta, si los sistemas cuánticos muestran recurrencias, finalmente puede responderse: sí, lo hacen, pero el concepto de recurrencia tiene que redefinirse ligeramente. En lugar de tratar de trazar el estado cuántico interno completo de un sistema, queno se puede medir de todos modos, tiene más sentido concentrarse en cantidades que se pueden medir en experimentos cuánticos. Se puede observar que estas cantidades se alejan de su valor inicial y eventualmente regresan a su estado inicial.
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Materiales proporcionados por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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