Gerardo Herrera Corral*
En la historia de los premios Nobel de Física hay algunos que se han dado a la propuesta teórica pero no a la confirmación experimental, por ejemplo, el descubrimiento del Higgs en 2013 fue un reconocimiento a la idea y no al experimento que la confirmó. Sin embargo, hay otros en que se concedió a ambos, como el que se otorgó al descubrimiento de los bosones W que vino a fundamentar lo que sería el modelo del mundo subatómico en los años por venir; es un ejemplo de laureles que recibieron tanto los teóricos que formularon la propuesta como los experimentales que la corroboraron. El premio Nobel de Física en 2022 es para los que observaron de manera experimental el efecto que otros propusieron teóricamente y que nunca ganaron la más alta distinción. Es pues una configuración más rara que las anteriores. Albert Einstein, John Bell, Boris Podoslki o Nathan Rosen no fueron considerados por el comité Nobel en su momento. Por lo menos no por el concepto que es distinguido con el galardón.
Ahora el comité reconoce el ingenio y esfuerzo experimental que cierra un ciclo de reflexiones espectaculares alrededor de la mecánica cuántica. La medalla más importante en el mundo de la ciencia de este año es para la comprobación en laboratorio de lo que hace mucho fue denunciado como “acción fantasmal a distancia”. Así lo habían expuesto Einstein, Podoslky y Rosen, quienes criticaban la mecánica cuántica, en particular el principio de incertidumbre que surge de sus controvertidos postulados.
Y es que la historia del Premio Nobel de Física 2022 comienza en 1935 cuando Albert Einstein, junto con Boris Podolsky y Nathan Rosen -todos inmigrantes en los Estados Unidos-, publicaron un trabajo que quedaría para la posteridad como el primer gran cuestionamiento a la interpretación de Copenhague. Pretendía mostrar con un “experimento mental” que era posible medir de manera simultánea posición y velocidad de una partícula, en contraposición con lo que establecía el principio de Heisenberg.
Para eso, los autores del trabajo propusieron un sistema de dos partículas que se originan de un decaimiento hipotético pero posible. Los resultados de esa desintegración estarían relacionados de origen para conservar la energía del estado inicial, de tal manera que si uno de los dos productos de decaimiento llevase una velocidad, la otra se movería exactamente igual, pero en dirección opuesta, para que la suma diese cero, conservando la energía. De esta manera la velocidad total de ambas se corresponde con el estado en reposo de la fuente en que se originaron.
El experimento sugería que si uno mide la velocidad exacta de una de las dos partículas, entonces ya tiene toda la información de la otra, pues sabemos que lleva la misma velocidad en dirección opuesta. Conoceremos así la posición y la velocidad de manera simultánea, lo cual revoca el principio de incertidumbre que establece la imposibilidad de tal cosa.
Aunque el experimento no se llevara a cabo dejaba ver en claro que medir de manera simultánea posición y velocidad era posible, a no ser que las partículas se comunicaran misteriosamente para que una de ellas transmitiese la ambigüedad de su posición al ser medida su velocidad. Algo así sería fantasmal e inaceptable.
Pasó mucho tiempo para que ese “experimento mental” dejase de ser una idea y se convirtiese en un “proyecto experimental real”. La propuesta fue retomada por un físico de partículas elementales que en 1964 trabajaba en el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN). A casi treinta años de las reflexiones críticas, John Bell formuló lo que permitiría probar el experimento EPR -como se lo llegó a conocer para no tener que escribir Einstein Podosly y Rosen-.
En 1972, John Clauser y el estudiante Stuart Freeman prepararon en la Universidad de California un sistema físico que luego utilizaron para medir lo que John Bell describía. Recurrieron al elemento calcio radiactivo, que producía dos fotones, y mostraron que éstos parecían estar entrelazados y que, en efecto, hay comunicación misteriosa entre ambos. De manera que EPR estarían equivocados cuando consideraron la imposibilidad de que ambas partículas transmitieran la información. La acción fantasmal parecía estar presente.
Una de las partículas parece “decirle” a la otra que ha sido medida, de manera que en forma instantánea adquiere el estado correspondiente para que se respeten los curiosos postulados de la mecánica cuántica. En contra de lo intuitivo, la acción a distancia parecía ser real. No entendemos de qué manera se comunican los fotones para asumir las características que impone la conservación, pero lo hacen.
Clauser mostró que eso estaba ocurriendo, aunque el arreglo experimental tenía deficiencias que no le permitía ser conclusivo. No contaba con una buena muestra de fotones y la detección ineficiente abría posibles conexiones causales que ponían en duda el resultado.
En 1981 el físico francés Alain Aspect realizó una verificación de la medición de Clauser con un sistema más completo y de una manera más sofisticada en que usaba no solo el calcio radiactivo, sino que incluía fotones distintos provenientes de mercurio. De esa manera formuló la medición en términos de fotones de “diferente color”. Con esto quedaba claro que los fotones que se generan de una fuente común permanecen entrelazados tal y como lo establece la mecánica cuántica. Lo que se planteó inicialmente como querella de lo imposible acabó siendo una confirmación espectacular del comportamiento inesperado en los fenómenos cuánticos.
Por si todo eso fuera poco, una aplicación de lo incomprensible con consecuencias tecnológicas llegaría en 1998, cuando el físico austriaco Anton Zellinger recurrió al entrelazamiento observado para transportar información cuántica, en lo que ahora se conoce como “teleportación cuántica”. Se completaba de esa manera un ciclo de propuestas y mediciones que conformaron el carácter cuántico del entrelazamiento entre partículas tal y como fuera formulado cien años antes.
La mecánica cuántica es válida a niveles escalofriantes, y eso le mereció el premio Nobel 2022 a los que probaron lo improbable.
