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6 abr 2017
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Nuevas medidas revisan los límites de la indefinición cuántica
Muchas técnicas científicas aparentemente no relacionadas, desde la espectroscopía de RMN a la RM médica y la medición del tiempo usando relojes atómicos, se basan en el spin atómico. El límite de la exactitud de estas medidas puede ser establecido por la inercia inherente de la mecánica cuántica. Sin embargo, unos físicos en España han demostrado que este límite es mucho menos severo de lo que se creía anteriormente, midiendo dos cantidades cruciales simultáneamente con una precisión sin precedentes.
Lo fundamental en los límites de la mecánica cuántica es el principio de incertidumbre de Heisenberg, que establece que no es posible conocer con exactitud absoluta la posición y el momento de una partícula, y cuanto con más precisión medimos una, menos se sabe de la otra. Esto se debe a que para medir su posición hay que perturbar su momento golpeándolo con otra partícula y observando cómo cambia el momento de esta segunda partícula. Un principio similar se aplica a la medición del momento angular de giro de una partícula, que implica observar cómo la polarización de la luz incidente se cambia por la interacción con la partícula - cada medida perturba ligeramente el giro del átomo. Para deducir la precesión de giro, debe medirse el ángulo de giro, así como su amplitud general, repetidamente. Sin embargo, cada medida perturba ligeramente el giro, creando una incertidumbre mínima posible.
El enfoque alternativo sugerido por el grupo de Morgan Mitchell en el Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona, podría eludir este problema. El ángulo de giro, dicen, es de hecho dos ángulos: el ángulo azimutal (como la longitud en la superficie de la Tierra) y el ángulo polar (como la latitud). Para medir la tasa de precesión, sólo se necesita el ángulo azimutal. Por lo tanto, al utilizar la mayor cantidad de incertidumbre posible en el ángulo polar, es posible medir las dos cantidades que necesitamos -el ángulo azimutal y la amplitud del spin- y, por lo tanto, medir la precesión del spin con mucha mayor exactitud de lo que se creía posible. "Hay experimentos realizados actualmente en los que la gente espera la limitación establecida por el principio de incertidumbre de Heisenberg que en realidad no la tiene", dice Mitchell.Sin embargo lograr esto en la práctica, resultó extremadamente difícil. El equipo enfrió una nube de átomos a unos pocos microkelvin, aplicó un campo magnético para producir movimiento de giro e iluminó la nube con un láser para medir la orientación de los giros atómicos. "No todas las tecnologías que utilizamos para el experimento existian cuando empezamos", dice Giorgio Colangelo, otro miembro del equipo de investigación. "Tuvimos que diseñar y desarrollar un detector especial que fuera lo suficientemente rápido y muy poco "ruidoso". También tuvimos que mejorar mucho la forma en que preparabamos los átomos y encontrar una manera de utilizar de manera eficiente todo el rango dinámico que teníamos en el detector. "Los investigadores esperan que la medición atómica del tiempo y la magnetometría de vacío de nitrógeno puedan beneficiarse de estas nuevas tecnologías utilizadas en el experimento. "Realmente esperamos que, a largo plazo, las técnicas de resonancia magnética como la RMN y la RMN se beneficien tambien, pero en este momento están limitadas por otros efectos", dice Colangelo.
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El spin atómico desafia el principio de incertidumbre de Heisenberg
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