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Incumpliendo Bell sin lagunas

Área: Física — lunes, 31 de agosto de 2015

Realizan un experimento en el que no se cumplen las desigualdades de Bell y que además está libre de lagunas. Con ello vuelve a triunfar la Mecánica Cuántica frente a las variables ocultas.

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Una de las cosas que más molestaba a Einstein de la Mecánica Cuántica (MC) es lo que llamó “aterradora (spooky) acción instantánea a distancia”.
Según esto, dos partículas correlacionadas cuánticamente que parten en sentidos opuestos de un mismo punto tendrán sus estados cuánticos relacionados de tal modo que si colapsamos la función de onda de una de ellas el estado de la otra queda determinado. Básicamente la función de ondas es global para las dos y su colapso debe ser instantáneo.
En un principio parece que hay una acción a mayor velocidad de la luz, pero este acto no transmite información y, por tanto, se salvaguarda la causalidad relativista.
Debido a esto y otras característica Einstein siempre mantuvo que la MC no era una teoría física definitiva, sino sólo una mala aproximación estadística a algo que más profundo que estaría por descubrirse.
Según él las partículas tendrían propiedades antes de ser medidas a las que se llamó variables ocultas. Aunque no se pudiera acceder a estas variables, lo que ocurriría sería que las partículas estarían preprogramadas para estar correlacionadas y así comportarse del modo en el que se muestran en este tipo de experimentos.
De todos modos, esta no localidad de la Mecánica Cuántica es un tanto extraña, por decir algo.
Hace ya más de 80 años John Bell demostró que la Mecánica Cuántica o bien es local pero no realista, o bien es realista pero no local. Además, mostró que toda teoría local y realista debe cumplir las desigualdades que llevan su nombre. Esto proporcionaba un criterio para distinguir entre la interpretación habitual de la MC y una posible teoría de variables ocultas. Si se cumplen las desigualdades de Bell entonces se trata de una teoría local y real, es decir, de variables ocultas.
Desde entonces se han realizado diversos experimentos para poner a prueba las desiguales de Bell. En todos ellos se vio que las desigualdades no se cumplían. La MC es tan rara como parece y Einstein no tenía razón. Sin embargo, en todos estos experimentos había alguna laguna. Básicamente hacer experimentos sobre los fundamentos de la Mecánica Cuántica es complicado. Suele ocurrir que no todos los fotones del experimento son detectados, a veces se pierden incluso un 80%. Se asumía en estos experimentos que los fotones detectados eran representativos de todos los posibles. Pero, ¿y si la muestra se confabula de tal modo que no es representativa?

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Ahora un grupo de físicos ha conseguido demostrar en Holanda el incumplimiento de las desigualdades de Bell en un experimento libre de lagunas o puntos débiles. Esto supondrá el último clavo en el ataúd de modelos alternativos a la MC si finalmente el resultado es confirmado.
El experimento realizado fue propuesto en 1969 por Clauser, Horne, Shimony y Holt basándose en ideas de Bell de 1964 y es conocido como el experimento de los “calcetines de Bertlamnn”. Normalmente la ejecución en laboratorio de este experimento es muy complicada y suele presentar lagunas. En este caso parece que sí está libre de ellas.
Para este caso se han usado cubits implementados en diamantes dopados con nitrógeno. Al ser de estado sólido, los estados cuánticos presentan vidas medias largas antes de que les afecte la decoherencia. Se operó cerca del cero absoluto (4K) de temperatura y sobre una distancia de casi 1300 metros.
Con sendos láseres se excitan dos cubits distintos que emiten fotones que se dirigen a un punto común. Allí son medidos. A la vez se ejecuta un experimento de tipo Bell con los electrones de los cubits de diamante en los que se mide su spin.
En nueve días estos investigadores manipularon 245 pares de electrones entrelazados. El resultado fue el incumplimiento de las desigualdades de Bell y, por tanto, el triunfo de la MC.
Se espera usar este tipo de resultado de forma práctica en el cifrado cuántico de la información y su transmisión.
Además, ya se especula con que caiga un premio Nobel a raíz de este descubrimiento.
De todos modos, queda una laguna final que ya fue propuesta por Bell en su día: la posibilidad de que las variables ocultas manipulen de algún modo al experimentador para que elija ciertas propiedades para que ser medidas, de tal modo que lo engañan para hacerle creer que la MC es correcta. Otra posibilidad es que exista un superdeterminismo que fije todo desde el Big Bang, algo difícil de probar o refutar. Menos mal que la navaja de Occam nos salva de todo esto, ¿o no?.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Fotos: R. Hanson y colaboradores.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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13 Comentarios

  1. lluís:

    -Siempre que se han hecho experimentos para ver si no se cumplen las desigualdades de Bell, los resultados han sido favorables a lo no-localidad/ variables ocultas. Creo que hasta la fecha el experimento que ,ampliamente, se ha considerado como definitivo de no-localidad es el que llevó a cabo Alain Aspect.Ahora este nuevo experimento parece confirmar lo que pensaba Aspect cuando planeó sus experimentos, y si esto es así, la “no-localidad” se afirma como una realidad ( ¡con lo que le gustaba a Einstein la “realidad”!) de la mecánica cuántica y por lo tanto la teória cuántica sería una teoría completa-aunque no se sepa qué pasa en el mundo cuántico-
    – En cuanto a lo del superdeterminismo fijador del Big-Bang,me ha sorprendido, nunca se me hubiera ocurrido. Pero imposible no es, si después de todo hubo un Big-Bang.

  2. tomás:

    En mi resistencia numantina -no a la MC, sino a cualquier mínimo indeterminismo- me fijo en las dos últimas frases del último párrafo. La más vulnerable menciona a Occam. Según ésta, la explicación más sencilla suele ser la correcta. Pero esto no es prueba de nada. Es una especie de truco metodológico para ahorrar trabajo, tiempo y dinero -práctica, por cierto, que puede llevar a terribles errores en medicina (a un amigo le diagnosticaron somatización del estrés producido por su trabajo, luego hernia de hiato y, por fin, infarto de miocardio del que murió. Supongo que hubiera sido más prudente descartar antes lo más peligroso), aunque me parece válido en general, siempre con la prudente valoración de su capacidad de errar; no sólo en medicina, sino en cualquier situación, incluidas las más cotidianas (por ejemplo, la voluntad de Dios, que ahorraría todo trabajo científico: ¿para qué molestarse con las desigualdades de Bell?: Dios quiere que las cosas sean así y se acabó el problema).
    Más peliaguda es la cuestión del superdeterminismo. Pero el profesor Franz de Copenhague se planteó el siguiente principio, al que llamó “de unicidad”, que dice: “Cada estado del universo es único e irrepetible -dada la entropía siempre creciente-“. Con eso basta para deducir que cualquier otro estado será distinto. Así, el estado siguiente, tan cercano como queramos y lo permita lo cuántico de su “entidad”, también será único e irrepetible. No importa si conocemos o no las leyes que lo rigen siempre que aceptemos el crecimiento de la entropía total o, en su caso, la realidad del tiempo. Así pues, no podremos eludir que el universo está superdeterminado. Pero, claro, no siempre superdeterminable, puesto que nunca podremos saber si conocemos e interpretamos correctamente y por completo, la totalidad de las leyes que lo rigen. Incluso desconocemos si esas leyes son absolutamente universales o solamente se cumplen en nuestro entorno perceptible.

    Mi regocijo por tu vuelta, querido Neo, aunque a ti quizá te hayan sabido a poco tus vacaciones.

  3. Miguel Ángel:

    Mi querido amigo Tomás:

    Por alusiones…por otras conversaciones similares que hemos tenido, podría darte la impresión de que exculpo siempre a mis colegas, pero déjame que te explique: el diagnóstico de sospecha de cardiopatía isquémica (angina de pecho e infarto de miocardio) se establece por la clínica, es decir, atendiendo a los síntomas que relata el paciente. Esto supone una dificultad por aquello de que la comunicación es un canal ruidoso, y muchas veces el enfermo no es capaz de describir correctamente el dolor o bien el terapeuta entiende algo distinto a lo que el paciente quería expresar.
    Por otra parte hay infartos oligosintomáticos e incluso silentes (estos últimos más frecuentes en pacientes de edad avanzada y diabéticos).
    En este punto, tal vez te preguntes por qué no nos basamos en una prueba más objetiva: el problema es que el electrocardiograma (ECG) suele ser normal en los primeros momentos del infarto, y pueden pasarse varias horas hasta que se vean cambios en el ECG. A título personal te contaré que, de los 5 últimos infartos que he atendido, solamente uno presentaba cambios en el ECG, sin embargo todos presentaban algún o algunos síntomas sugenerentes y fueron derivados a hospital.
    En el caso que me comentas, si el paciente contaba el dolor como urente (escozor) en la zona retroesternal, sin otros síntomas asociados como náuseas o sudoración; sensación de falta de aire o dolor en la extremidad superior izquierda, interescapular o en parte izquierda de cuello o mandíbula y, además, el ECG era normal, simplemente no puede establecerse la sospecha diagnóstica, porque ni el dolor es el típico ni hay síntomas asociados. Lo mismo sería aplicable si cuenta el dolor como lancinante y tampoco hay sintomatología asociada. En este último caso, si el médico le pide al paciente que tosa o que respire profundamente y al paciente le duele más con cualquiera de estas maniobras, no es ya que no se pueda establecer la sospecha, sino que ya se descarta que sea de origen isquémico.
    Ahora bien, si el paciente al que te refieres le contó al médico sensación de falta de aire, sudoración o dolor en los lugares que he señalado tendría que haber sido remitido a hospital.
    Se intentan solventar los problemas de comunicación que he señalado preguntándole al paciente en varias ocasiones y de formas distintas por la naturaleza y calidad de su dolor. De todos modos siempre te encuentras con algún paciente que lo describe incorrectamente y se mantiene en sus trece y que, curiosamente, al ser valorado por otro compañero, cambia repentinamente de versión y pasa a describirlo como opresivo, que es el dolor típico.
    Disculpas por el rollazo pero no puedo ser más breve sin que la respuesta quede coja.
    Y un millón de abrazos.

  4. Pocosé:

    El Universo solo una fluctuación cuántica de sumatorio=0, el tiempo, el espacio, las materias y las energías, solo algo así como las internas proyecciones holográficas de una realidad cuántica que solo empezamos a vislumbrar.
    Es lo que me va pareciendo más lógico, con la nula validez que mi parecer pueda tener.
    Abrazos y o saludos para todos.

  5. tomás:

    Mi querido amigo:
    Lamento que te lo tomes como alusión. No era mi intención. Igualmente podría haberte puesto algún ejemplo en la economía o, incluso, en la mecánica -este, ahora mucho más sencillo con las modernas máquinas de diagnóstico-. Mejor hubiera sido el de la economía, donde, como en medicina, cuenta la opinión, las sensaciones e incluso la filosofía del paciente. Tienes toda la razón en lo que expones y logro entender. En el caso que expuse, el amigo era muy íntimo -había intentado flirtear con mi exposa (sin éxito, supongo) e incluso me quedé con su hijo algo así como un año hasta que otro amigo de Madrid se lo llevó allí para que pudiera estudiar, precisamente, medicina; que aquí no había en aquella época- y, naturalmente, él me resumía lo que le había dicho cada médico en esa secuencia que expongo de somatización, hernia de hiato, infarto -digamos leve porque lo mandaron a casa- e infarto mortal. Era ingeniero de minas y tenía una buena cultura; así que creo que, en sus visitas, describiría suficientemente bien los síntomas que notase. Pero también comprendo que la medicina no es una ciencia exacta y que estas cosas pueden ocurrir.
    Precisamente ahora, hace unos días, me contó mi exposa que también le habían diagnosticado somatización, presentando fuertes dolores y dificultad respiratoria, pero que la van a mirar en Barcelona, no cosa sea más grave. Lo malo es que esa comprobación es para final de noviembre. Espero que no siga el mismo camino que mi amigo.
    Tengo bastantes amigos médicos, compañeros de bachiller y colegio religioso y a todos los supongo magníficas personas y buenos profesionales.
    También acabo siendo amigo de los que aquí me tratan, aunque no me privo de echarles la bronca si me fallan con reiteración. Por ejemplo, de las tres vértebras que tengo ya soldadas y las que acabaron siendo cuatro costillas rotas más una fisura por la ciclocaída -¡asómbrate!-, no vieron ni una en urgencias. Así que cuando acompañé a una persona por una fuerte torcedura de tobillo y en la radiografía no notaron nada, le dije al que nos atendió que volviese a mirar, explicando con severidad mi experiencia. Lo hizo y ya vió algo, aunque dijo que, con la inflamación era difícil de observar.
    Y lo mismo me pasó a mí con las costillas, que revisando la misma radiografía mi doctora junto a mí, también “pareció notar algo”. Así que me fui a una clínica de mi mutua, me hice otra radiografía -a mi pesar- y vimos claramente las cuatro rotas y la fisura que, por desgracia alcanza a la que sale de una de las vértebras rotas, la D-7. O sea que, o el aparato de urgencias es de cuando atacaron, o sea, superviejo y malo, o son ineptos. Pero esto último lo dudo, porque fueron distintos, así que puede ser por cosa de la privatización.
    Y, como te digo, con el que tuvo el primer error -la L-4 creo-, hemos acabado siendo bastante amigos. Confía en mi criterio y yo en el suyo, porque es un enamorado de la medicina y tiene, por su cuenta un ecógrafo -¿se llama así?-, una cabina para audiometrías y otros aparatos que no son normales en un médico de familia- y me dio una creíble razón para la equivocación: quien me hizo la radiografía no me la realizó horizontal, sino de pié y, claro, el ilión tapaba la rotura. Bueno, la excusa es suficientemente admisible si uno advierte la profesionalidad y seriedad de este hombre. Pensaría que quien hizo la radio- sabría lo que hacía y se equivocó. Quizá debiera haber anotado que se hiciera tumbado, pero yo puedo comprender eso y excusarlo.
    Mira, mi querido amigo: tú también eres un enamorado de tu profesión y una gran persona en todos los sentidos. Pero todo médico es persona, y hay de todo, como en botica: magníficos, buenos, normales, regulares, malos y completamente idiotas. A estos últimos los he conocido ya borrachos de buena mañana o drogadictos o incapaces de actualizarse. A uno de esta clase, diciéndole el paciente lo que tenía -cáncer en el cuello-, porque también era médico aunque no de esa especialidad el oncólogo le quiso convencer de que no. Cansado, pero habiendo perdido tiempo, se fue a Francia donde, en efecto, le diagnosticaron bien, con lo que se pudo morir con toda la razón. Sigo siendo amigo de su hijo y de su esposa. Creen que fue por envidia, pues éste tenía un gran prestigio y le iba mejor que a cualquiera de aquí. Esa versión me resisto a aceptarla; sinceramente, no soy capaz de creérmela, pero sí puedo pensar que el oncólogo menospreciara el autodiagnóstico de un traumatólogo. Y eso es un gravísimo error, porque comenzó con un “no te preocupes…”. ¡Leñe, si va a verle es porque ya está preocupado! Y no es absolutamente ignorante en la materia. Notaría en engrosamiento de algún ganglio en zonas próximas; vería que no era muscular, que en eso sí había de ser experto…
    No me dedico a coleccionar malos ejemplos, pero tengo unos cuantos más que no voy a contar para no cansar.
    En resumen que he de darte la razón por tu comentario, pero es que puedes creer que todos son como tu; y no es así.
    Un fortísimo abrazo.

  6. tomás:

    Querido Pocosé:
    A tu filosofía cósmica, le sucede algo parecido, pero más atrevido, que a la del profesor Franz -ya sin apellido para los amigos-: no hay forma de comprobarlo. Aunque, a mi parecer, Franz tiene la ventaja de apoyarse en el método científico clásico y en magnitudes conocidas. Sobre nosotros, que sólo filosofamos sobre la ciencia, tiene ventaja nuestro avezado “lluís”, que usa matemática avanzada, lo que ya me parece vedado para mí.
    Pero te comprendo, y lo que dices tiene sentido. Y, al final, toda experimentación y cálculo, sigue a una filosofía o a una intuición previa. De todas formas nuestras opiniones no son excluyentes, aunque la tuya parece más general.
    Un abrazo.

  7. Cohel:

    Como hace tiempo que no entro en esta página, a lo mejor no pillo los chistes privados. La alusión al “profesor Franz de Copenhage” es un guiño al inefable personaje de los inventos del TBO, mezclado con la postura de la Escuela de Copenhague, supongo… Por que uno que no sea viejuno igual no lo pilla…

  8. tomás:

    Estimado Cohel:
    Es que mi humor es bastante raro; suelo ser mi principal víctima. En cuanto al resto, agradezco que me lo hayas hecho notar.
    Saludos.

  9. NeoFronteras:

    Sólo recordar, una vez más, que la MC es determinista, pues tiene su ecuación de evolución. Lo que parece aleatorio es sólo el colapso de la función de ondas.

  10. Albert:

    Enlazo otro interesante post sobre el mismo tema como información complementaria:
    http://entangledapples.blogspot.com.es/2015/09/el-experimento-sobre-entrelazamiento.html
    Saludos.

  11. tomás:

    Muchas gracias, Albert por tu información. Hay en la ciencia alimentos de la mente que no me queda otra que tomármelas a cucharaditas.
    Un agradecido abrazo.

  12. tomás:

    No sé, Neo, no sé: Quizá no corresponde a lo que solemos llamar aleatorio. Es posible que, simplemente el nombre nos despiste. De todas formas muchísimas gracias por tomarte esa molestia. Yo soy la duda materialista en estado puro; ¿que le vamos a hacer?
    Un fuerte abrazo.

  13. tomás:

    Mi querido y gran amigo Miguel Ángel:
    Dices en tu 3 que puedo tener la impresión de que defiendes siempre a tus colegas. No lo creas. Tengo la impresión de que eres una persona extraordinaria y que estás llamado a hacer cosas importantes; como mínimo, el ser supercompetente, generoso de tu tiempo y tus conocimientos, mantenerte al día, honrar tu profesión y hacer todo el bien que te sea posible.
    Como te decía en mi 5 sobre la alternativa entre la calidad del aparato de rayos X o la competencia de los varios doctores, me ha sucedido lo siguiente: acompañé a mi hija menor a mi doctora por una inflamación de sus tobillos. Y como tú y yo hemos tenido este intercambio de pareceres, aproveché el consabido “pues ya que…” para preguntarle por el mencionado aparato. Me comentó que están hartos de su mala calidad y de sus múltiples averías y me dijo que la empresa que gestiona el CAP es SAGESA, que al parecer, no quiere invertir en su mejora. También debo decir que me comentó preferir depender de ella que de las (sólo por ser dos las eses; no seas mal pensado) SS por parecerle que deriva con más rapidez a sus pacientes hacia los especialistas correspondientes.
    También conseguí con ella cierto grado de deferencia y yo creo que es porque me adelanto cuando entro en su despacho y le pregunto por cómo se encuentra. Le hace gracia.
    Un fuerte abrazo.

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