jueves, 12 de septiembre de 2013

Temperatura cuántica

¿Cómo tiene lugar la temperatura clásica en el mundo cuántico? Un experimento de la Universidad de Viena ha observado directamente como emerge y se extiende la temperatura en un sistema cuántico. Sorprendentemente, las propiedades cuánticas se pierden, aún cuando el sistema cuántico esté completamente aislado y no conectado con el mundo exterior.

Las conexiones entre el mundo microscópico de la física cuántica y nuestra experiencia diaria, la cual implica a objetos más grandes, sigue siendo desconcertante. Cuando un sistema cuántico es medido, inevitablemente se perturba y algunas de sus propiedades cuánticas se pierden. Una nube de átomos, por ejemplo, puede ser preparada de manera que cada átomo esté simultaneamente situado en dos lugares diferentes. Sin embargo, tan pronto como se mide la localización de los átomos, dicha superposición se destruye. Todo lo que queda es átomos situados en algunos lugares bien definidos. Se comportan tal y como lo haría un objeto clásico. En este caso, la transición del comportamiento cuántico al comportamiento clásico es iniciada por la medición, un contacto con el mundo externo. ¿Pero qué ocurre si el sistema cuántico no se ve influenciado por el exterior de ninguna manera? ¿Pueden las propiedades clásicas surgir aún?

En el experimento, las nubes de átomos se dividen en dos mitades. Tras cierto tiempo, las dos mitades se comparan la una con la otra. De esa manera, los científicos pueden medir la cantidad de conexiones mecánico-cuánticas entre las nubes. Inicialmente, estas conexiones son perfectas; todos los átomos están en un estado cuántico altamente ordenado, Pero debido a que la nube es un objeto grande consistente en miles de partículas, este orden no se conserva durante mucho tiempo.

A medida que unos átomos interactúan con otros, comienza a extenderse con cierta velocidad el desorden. Los átomos que ya están en regiones desordenadas pierden sus propiedades cuánticas. La temperatura pude ser asignada a ellos, como en un gas clásico. La velocidad con que se extiende este desorden depende del número de átomos. Esto define una frontera clara entre las regiones que pueden ser descritas por la temperatura clásica y regiones donde las propiedades cuánticas permanecen sin cambios.

Tras ciento tiemp, el desorden se extiende por toda la nube. La sorprendente observación es que esta pérdida de propiedades cuánticas ocurre justo debido a los efectos cuánticos dentro de la nube de átomos, sin influencia del mundo exterior. Hasta ahora, dicho comportamiento solo había sido conjeturado, pero este experimento demuestra que la naturaleza realmente se comporta así.

De alguna manera, una nube atómica se comporta como su propio universo en miniatura. Está aislada del ambiente, así pues su comportamiento solo está determinado por sus propiedades internas- Empezanco con un estado mecánico-cuántoco completo, la nube parece "clásica" tras un tiempo, incluso aunque evoluciona de acuerdo con las leyes de la física cuántoca. Es por esto que el experimento no solo ayuda a comprender el comportamiento de las grandes nubes de átomos, sino que también ayuda a explicar por qué el mundo que experimentamos a diario parece tan clásico, aunque esté gobernado por las leyes cuánticas.

Via Tuwien

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