Sobre el Premio Nobel de Física 2022

El Premio Nobel de Física 2022 acaba de concederse a Alain Aspect, John Clauser y Anton Zeilinger, "por los experimentos con fotones entrelazados y establecer la violación de las desigualdades de Bell, siendo así pioneros en la ciencia de la información cuántica".

¿De qué se trata? Veamos esto.

Las leyes de la mecánica cuántica son claras: la posición y la velocidad de una partícula no pueden medirse al mismo tiempo¹. El mero hecho de medir perturba el sistema, nos guste o no². Así que, si mido la posición, modificaré la velocidad, y viceversa.

Sin embargo, en 1935, Einstein y dos amigos, Podolsky y Rosen, idearon el siguiente experimento. Supongamos que mando dos partículas desde el mismo lugar en direcciones opuestas. Si mido la posición de la que se fue para la derecha, puedo deducir la posición de la que se fue para la izquierda, sin siquiera tocarla. Y, si ahora mido la velocidad de la izquierda, puedo deducir la velocidad de la derecha, sin haberla tocado dos veces.

Al final, este experimento mental demuestra que puedo, en principio, determinar la velocidad y la posición de una partícula con una precisión arbitraria, haciendo una sola medición en cada partícula. Pero, según la mecánica cuántica, esto es imposible. ¿Entonces, es incompleta la mecánica cuántica? La cuestión planteada por el artículo de Einstein llegó a denominarse "paradoja EPR". Una pregunta que muchos se harían... hasta el experimento de Alain Aspect.

¿Quién tiene razón, la mecánica cuántica o Einstein? Basta con hacer el experimento. Lo maravilloso en física es que, cuando se puede hacer un experimento, se puede tener una respuesta definitiva a una pregunta. Hacer un experimento es, en definitiva, pedirle a Dios su opinión.

El veredicto del experimento de Alain Aspect es que tiene razón la mecánica cuántica. Einstein estaba equivocado.

Hizo falta mucho tiempo para llegar allí. El artículo de Einstein es de 1935. En 1964, el inglés John Bell publicó sus "desigualdades". Un reformateo, por así decirlo, del experimento mental de Einstein que da pie a mediciones precisas y cuantitativas que permitirían zanjar la cuestión. En 1969, John Clauser propuso el experimento que Alain Aspect iba a realizar en 1982. Este experimento dejó un pequeño espacio para la duda, que Anton Zeilinger iba a llenar en 1998³. De 1935 a 1998: 53 años de trabajo.

Así, pues, Einstein estaba equivocado. Dicho esto, fue la profundidad de su pensamiento lo que dio lugar al experimento mental del artículo de 1935, que llevaría a la confirmación experimental de la "no localidad cuántica"⁴, una de las nociones más revolucionarias de los últimos siglos, que, a su vez, como dice el texto del Comité Nobel, allanaría el camino a la ciencia de la información cuántica. Un artículo clave en la historia de la física, que, a pesar de haber apostado por el caballo equivocado, ¡es ahora el más citado de Einstein!

Los genios son interesantes, incluso cuando se equivocan.

Notas

1 Es el denominado “Principio de Incertidumbre de Heisenberg”, enunciado por Werner Heisenberg en 1927.

2 No basta con hacer una medida muy “suave” para resolver el problema. La indeterminación es de una naturaleza mucho más profunda, incluso matemática (una oscura historia de matrices que no conmutan).

3 Zeilinger también contribuyó en gran medida a los desarrollos que hicieron posible el experimento Alain Aspect, como la computación cuántica.

4 No puedo entrar aquí en todos los debates que surgieron a raíz del experimento de Alain Aspect. Recomiendo al respecto el capítulo 6 del libro de Richard Feynman, “El carácter de la ley física” (en castellano). Se trata de la transcripción de esta conferencia (en inglés), por el mismo Feynmann.