Físicos franceses han logrado montar un dispositivo experimental que viene a ilustrar el Gedanken-Experiment de J.A. Wheeler: es como si en el experimento de Young, el fotón pudiera tomar la decisión de mostrar el correspondiente comportamiento (onda o partícula) antes de poder hipotéticamente "conocer" si hay una o dos rendijas (cambiamos su número justo antes de que las atraviese).
Es decir, que si existiera alguna fuente concebible que informara secretamente al fotón, debería enviarle el mensaje a una velocidad mayor que la de la luz (algo que la relatividad prohibe taxativamente).
La noticia:
en inglésAuf Deutsch (traducción debajo) El comportamiento ondulatorio o corpuscular de las partículas en un experimento depende de las condiciones experimentales. Si se prolonga la distribución espacial del experimento, surge un problema causa-efecto: ¿cómo puede un fotón saber, a la entrada del interferómetro, si debe transformarse o no en onda, si sólo más tarde será cuando se decida con seguridad en el interferómetro el carácter ondulatorio o corpuscular de la luz?
Roch y sus colegas han logrado enviar fotones aislados a través de un interferómetro especial. Con él han podido dejar que interfiriesen las ondas luminosas que circulaban a través de ambos brazos del interferómetro o bien han determinado claramente el camino recorrido por cada fotón a través del interferómetro. La elección se llevó a cabo con la ayuda de un modulador electroóptico a la salida del interferómetro, 50 ns después de que el fotón hubiera pasado la entrada. Así pudo descartarse que el fotón a la entrada del interferómetro pudiera ya 'sentir' qué tipo de medida le esperaba y evitar que se comportara en consecuencia, es decir, que prosiguiera su camino como partícula o se dividiera en dos ondas. ¿Quedaría aplazada esta cuestión hasta el momento de la interferencia?
Para poder obtener un resultado claro, los investigadores han tenido que ser muy cautelosos. Primero han debido asegurarse de que prácticamente no se encuentre más de un foton en el interferómetro de modo que se pudiera descartar una influencia mutua. Con una fuente que emitía un fotón por vez, conseguida mediante excitación por láser hasta la fotoluminiscencia un centro de color N-V (Nitrógeno-vacante) en un nanocristal de diamante, se iluminó el interferómetro. El láser proporcionaba pulsos de 800 ps a 50 pJ, suficiente para asegurar un bombeo eficiente al centro de color en su estado excitado. A una frecuencia de 4.2 MHz se aseguraba un intervalo de 240 ns entre cada uno de los pulsos de 800 ps de modo que los sucesivos decaimientos fluorescentes quedaran separados en el tiempo y el centro de color emitiera un único fotón en torno a los 45 ns.
Una vez en el interferómetro, el fotón atravesó un polarizador, que lo descompuso en componentes verticales y horizontales que recorrieron separadas los 48 m del brazo del interferómetro. Un segundo splitter se encargaba de unir las componentes polarizadas que a lo largo de sus respectivos recorridos habían adquirido diferentes fases, sin que se produjeran interferencias. Juntas pasan las componentes a través de un modulador electroóptico que mantiene su orientación de polarización o la gira 22.5º. Finalmente las dos componentes atraviesan un prisma de wollaston que de nuevo las descompone hacia dos detectores de fotones distintos.
Si el modulador estaba apagado, entonces las componentes verticales y horizontales del fotón dejaban de tener noticia una de la otra y eran dirigidas por el prisma de wollaston hacia detectores distintos. Puesto que únicamente había un foton en el interferómetro sólo cabía la posibilidad de que quedara registrado en uno de los dos detectores. Si p.e. el detector de la componente horizontal registraba una señal, el fotón tuvo que estar horizontalmente polarizado al comienzo. Así podía constatarse a través de qué brazo del interferómetro había viajado el fotón. Las interferencias quedaban asimismo descartadas.
Si, por el contrario, el modulador estaba encendido, las dos componentes polarizadas horizontal y vertical originales cambiaban y se mezclaban. Si ahora uno de los dos detectores registraba un fotón, ya no era posible constatar si la polarizacion original había sido horizontal o vertical. El fotón podía haber viajado por uno u otro brazo del interferómetro y además habría sido posible la interferencia.
La decisión de apagar o encender el modulador corría a cargo de un dispositivo electrónico y siempre como mínimo 50 ns después de que el fotón hubiera entrado en el interferómetro, justo antes de enfrentarse al modulador. Un efecto causal del estado del modulador sobre el estado del fotón inmediatamente después de atravesar el primer splitter (partícula o bien dos ondas que interfieren) quedaba así descartado. El dispositivo electrónico utilizaba para su decisión el azar cuántico: se generaba una cifra al azar contando el número de fotones emitidos por una fuente de luz blanca debido al ruido cuántico, dicha cifra se utilizó para situar al estado del modulador en un modo imprevisible antes de la llegada de un nuevo fotón.
Cuando los investigadores variaron la longitud de los brazos del interferómetro, observaron lo siguiente: si el modulador se encontraba apagado, ambos detectores mostraban conteos iguales y constantes. No aparecían interferencias.
Si el modulador estaba encendido los conteos de los detectores variaban periódicamente entre cero y un valor máximo (para el cual el conteo experimentaba un cambio de fase de 180º). Se daban interferencias destructivas y constructivas. Incluso también los fotones aislados interferían consigo mismo cuando para el experimento del interferómetro la decisión se aplazaba en el tiempo. El resultado está absolutamente acorde con la teoría cuántica, a la vez que muestra cómo el comportamiento de un fotón en el interferómetro depende de la elección del observador incluso cuando dicha elección se tome en el futuro.
Artículo del procedimiento experimental:
http://www.edpsciences.org/articles/epjd/pdf/2005/10/d05194.pdfExperimenta con la doble rendija:
http://phet.colorado.edu/simulations/schrodinger/schrodinger_es.jnlp
