A entamos del sieglu XIX, Thomas Young, un médicu y físicu
inglés, discurrió un esperimentu qu’entá tien esmolíos a los físicos de
partícules: l’esperimentu de la doble
rendixa. Young punxo
delantre d’una fonte de lluz una tira de cartón perestrecha y miró la solombra reflexada
nuna pantalla. Lo que vio yera chocante: en cuenta de ver una solombra llarga, reflexu
de la tira de cartón, vio una alternancia de bandes de lluz, lo que llueu
nomaríen Patrón d’interferencia.
L’esperimentu rescampla
parte del comportamientu caprichosu de la lluz, qu’unes vegaes
actúa como una onda y
otres como una constelación de partícules finites. Voi proponete ún d’esos
esperimentos tan cenciellos –y baratos– que toos podemos facer na nuesa cas, y
va revelanos eses propiedaes perrares de la lluz.
Enantes d’entamar, pa
ser fieles a la realidá, teo que dicir que los resultaos de los esperimentos que
propongo puen esplicase dende una visión clásica, ensin recurrir a la mecánica cuántica.
Sicasí, los fotones que formen la lluz siguen les regles del xuegu cuánticu y
los mesmos patrones que vamos ver nos esperimentos que vienen darréu. Tornamos
a la materia que nos ocupa.
El primer ensayu que propongo
ye una versión del clásicu esperimentu de Young. Pa ello necesitamos un punteru
láser –bazares o n’internet hailos por 2 ó 3 euros–, un filu de cobre
–que podemos sacar d’un cachu de cable llétrico– o un alambre finu y un poco de
papel d’aluminiu.
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| Material necesariu pa los esperimentos propuestos |
Yá tenemos el material,
faltamos la puesta n’escena. Tapamos el punteru láser per delantre con papel
d’aluminiu al que-y facemos un furaquín pel que salga un chorru perfinu de lluz.
El rayu láser proyeutarémoslu escontra la parede o una pantalla blanca –val una
cartulina o cartón mesmo– dende una distancia de dos metros o más.
Lo que vemos
ye un puntu de lluz perfuerte. Agora ye cuando, cerca del emisor (ente 10 y 30
cm), ponemos centráu en metá del chorru l’alambre o’l filu de cobre; podemos
ponelu cola mano o, meyor tovía, montalu en daqué soporte (yo uso pinces de
tender la ropa).
Máxicamente apaecerán na pantalla una serie de franxes de
lluz, separtaes por rexones ensin lluz. Ehí ta, yá tenemos un patrónd’interferencia.
¿Qué ye lo que fixo la
so apaición? La lluz en cuantes que llega a l’alambre tien que tirar a izquierda o a derecha;
ye más, podemos comprobalo poniendo un cartón xustamente tres de l’alambre:
veremos cómo se forma una imaxe carauterística, una zona de solombra con dos llóbulos,
ún a cada llau. La lluz, entós, pasa bien per un llau o bien per otru, y nel so
camín hasta la pantalla interferirá col otru chorru, faciendo qu’apaeza’l
patrón d’interferencia. Esto
pue que nun resulte ayenu al llector, darréu que’l mesmu procesu pue simulase tamién
como ondes d’agua, a les que facemos chocar escontra un palu: les foles que lleguen
a la otra oriella, depués de cruciase unes con otres, formarán un patrón
asemeyáu al de la lluz. L’enquiz ta en que si en cuenta d’un chorru de lluz
mandamos los fotones d’ún nún –cosa que nun podemos facer en casa– y
rexistramos onde chocó caún na pantalla, depués de miles de fotones, podremos
ver tamién un patrón d’interferencia, talamente como si caún de los fotones
interfiriere consigo, comportándose como una onda. Llegamos pues a una
conclusión chocante: estes partícules compórtense como ondes, interfiriendo pel
camín consigo, ye dicir, tuvieron que pasar a la vez pelos dos llaos de l’alambre.
El sentíu diznos que ye imposible, qu’hai que lo comprobar, tien qu’haber forma
de ver los fotones pasar per un llau y per otru d’una vegada, una especie de
semeya. Por desgracia esto nun ye
posible. Nes escales cuántiques manden unes normes que nun nos dexen conocer
tola información del estáu de les partícules; cuanto más precisos queramos ser
nuna midida menos vamos selo n’otra: ye’l Principiu d’Incertidume de Heisenberg.
Pa les nueses
pretensiones esto ye determinante, darréu qu’en cuantes qu’intentemos, per
cualesquier mediu que nos pete, saber per cuála de les rendixes pasó’l fotón
fadremos que la interferencia desapaeza, porque la información del momentu de
la partícula sedrá mala respeuto a la de la so posición; dando como resultáu’l desaniciu
del patrón d’interferencia.
Paez enguedeyoso, pero
quiciabes, seya menos depués de facer la segunda parte del esperimentu, nel que
nos sofitamos no que Marlan Scully y Kai Drühl nomaron Borrador cuánticu.
El principiu d’esti
aparatu cuenta en que podamos tener información del camín que siguen los fotones
ensin camudar ésti abondo; si somos quien, el Patrón d’interferencia va desapaecer.
Podemos dir un poco más p’allá si depués borramos otra vegada la información
que lleímos sobre’l camín, entós la interferencia volverá a apaecer. Vamos velo
selemente.
El material necesario,
amás de lo usao enantes, va ser un poco más difícil d’atopar: un cachu papel
polarizao –podemos usar les películes que vienden nes tiendes d’autorrecambios
pa les llunes del coche–.
El primer pasu ye facer
un marcador del camín que sigue la lluz. Pa ello ponemos dos cachos cuadraos de
papel polarizao auníos llau contra llau (ensin que queden solapaos), anque caún
nuna posición, ye dicir xiraos 90º ún respeuto del otru, apegámoslos pa que nun
se muevan, colocamos l’alambre centráu delantre de la xuntura de los dos cachos
del papel: nomarémoslu Trazador. Ye perimportante qu’onde axunten los dos llaos
polarizantes nun heba sedadures nin pase lluz puro.
Cuando prendemos el
láser, na pantalla nun hai rastru d’interferencia, vemos una mancha de lluz,
asemeyada a la que vemos si proyeutamos un láser escontra la pantalla ensin
más.
La lluz al llegar a
l’alambre tira per un llau o otru, anque como tien que pasar pelos
polarizadores, los fotones que pasen pela izquierda fáenlo con un enclín y los
que pasen pela derecha con otru, asina nun interfieren unos con otros, y el
patrón nun apaez.
Inclusive podemos
conocer cuántos fotones pasen per un llau y per otru. Si ponemos otru
cachu de polarizador
depués del trazador que punximos primero, y asitiámoslu en distintes posiciones
podremos consiguir información sobre per ónde fueron los fotones: ye lo que
nomaremos Analizador. Al poner la película na mesma posición que la del llau derechu del
trazador, que podemos nomar H –d’horizontal–, na pantalla apaecerá una mancha
de lluz asemeyada a l’anterior, anque al fixanos meyor vemos que la mancha ye
más intensa a izquierda qu’a derecha.
Lo mesmo, pero al revés,
pasa si ponemos la película na posición de la manzorga, que nomamos –V de
vertical–. Lo qu’asocede ye qu’al filtriar otra vegada la lluz, escoyemos namás
los fotones que pasaron per un llau, tamos cuantificando asina la cantidá de
lluz que pasa per caún de los llaos.
Otra prueba que podemos facer ye xirar el polarizador
analizador en posiciones con un enclín de 45º respeuto a les posiciones
anteriores, que nomamos dh y dv (diagonal horizontal y vertical).
L’efeutu va dexanos cuasi como al entamu, ensin malapenes información sobre’l
camín que siguieron los fotones, les franxes apaecen otra vegada. La reapaición
de la banda d’interferencia ye pola mor de lo que fai cola lluz filtriao pol
trazador y llueu de pasar pel analizador: los fotones vinieren d’au vinieren
tienen un cincuenta por cientu de posibilidaes de llegar a la pantalla, y amás
fáenlo polarizaos diagonalmente, polo que nun vamos ser quien a saber per cuál
de los llaos lo fixo; ye más,
podemos pensar que caún pasó pelos dos llaos ya interfirió consigo mesmo.
Si miramos más a fondu, y
cuntando dende ónde facemos el xiru de 45º, si dende la posición que filtriaba
los fotones izquierdos o la que lo facía colos derechos, el patrón d’interferencia va ser
daqué diferente, les franxes de lluz y escures van tar cambiaes nún y n’otru; ye dicir,
nuna posición les franxes de lluz vamos atopales onde tán les escures de la otra,
y al revés; de mou que si axuntamos les dos figures tenemos una mancha igual a la que
vemos col trazador namás.
Y pa peracabar, podemos
facer un analizador mestu axuntando dos metaes xiraes 45º,
caúna a la contra la
otra, que nomamos da (diagonales
amestaes). Al pasar la lluz per esti
nuevu analizador va
facer daqué perestraño. La semeya qu’apaez na pantalla fórmase per aciu d’un
patrón d’interferencia con dos metaes (una arriba y otra abaxo), onde les
bandes van tar camudaes: les allumaes d’arriba van ser escures abaxo, y
viceversa. Esti va ser, quiciabes, l’efeutu más llamaderu que podemos atopar
xugando cola lluz –polo menos col material qu’usamos–.
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| Patrón d'interfercia mestu |
Como vimos, podemos
disponer de la información del pasu de los fotones con unos simples polarizadores.
Namás tenemos que camudar el tipu y posición d’ellos pa usar esa información o pa
borrala «del mapa».
Estos esperimentos
qu’equí vimos dexen entrever que’l comportamientu de les partícules a niveles
perpequeños tien muncho que ver cola información que podemos tener d’elles o
cómo la usemos, un fechu que tien ocupaos a los físicos d’altu nivel bien
d’años p’acá, y qu’entá estudien, anque con medios más sofisticaos que los
nuesos.
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