No sólo Einstein estaba en lo correcto

Una buena parte de la física moderna se caracteriza por la discrepancia entre la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica. Se trata de las dos teorías más poderosas en la historia de la física, y parecen ser incompatibles. Hace poco, observaciones espaciales demostraron que, en escalas cósmicas, la gravedad se puede explicar con la teoría relativista. Ahora fue el turno de la mecánica cuántica con la demostración experimental de la regla de Born.

La interferencia cuántica se define como la desviación de la aditividad clásica de las probabilidades entre eventos mutuamente excluyentes. En otras palabras: cuando un fotón puede tomar varios caminos hacia un mismo destino, la probabilidad clásica diría que la probabilidad de llegar a dicho destino es la suma de las probabilidades de cada camino independiente, mientras que la regla de Born predice una desviación de esta probabilidad.

En su forma tradicional, la regla de Born predice que la interferencia es sólo de segundo orden, es decir que la desviación de la probabilidad clásica es de la misma magnitud sin importar si hay dos o más caminos posibles. Este principio es uno de los axiomas de la mecánica cuántica, y se ha sugerido que parte de la incompatibilidad de la mecánica cuántica con la teoría gravitatoria se debe a que existe interferencia cuántica de órdenes mayores. De ser cierto la ecuación de Srchrödinger, el pilar de la mecánica cuántica, tendría que ser modificada sacudiendo a toda la teoría detrás de la misma.

La ecuación de la regla de Born, y la derivación de la interferencia cuántica para dos (I_AB) y tres (P_ABC) caminos donde se ve que sólo hay términos de segundo orden

Para intentar detectar interferencia cuántica de tercer orden, un grupo de científicos llevó a cabo un experimento de triple rendija, en el que un fotón se dispara desde un extremo de un arreglo de tres rendijas con un detector al otro lado. En caso de haber interferencias de tercer orden, la probabilidad del fotón de llegar al detector se desviaría de la predicción de la regla de Born.

Aquí se muestra la interferencia en un experimento de doble rendija con rayos X. El experimento usado por los investigadores es muy similar pero con tres rendijas y con fotones. Wikipedia Commons

El resultado del experimento es que la regla de Born predice la interferencia cuántica con un 99% de precisión. Los autores atribuyen el 1% restante al error experimental, y esto significa que no hay interferencia cuántica de tercer orden, y probablemente tampoco de órdenes mayores.

Este resultado es consistente con la mecánica cuántica en su forma clásica, y por lo tanto inconsistente con la teoría de la relatividad; por lo tanto, ambas teorías siguen siendo igual de válidas en sus respectivas escalas, la relatividad explica fenómenos que ocurren en escalas cósmicas y la mecánica cuántica fenómenos a escala subatómica, pero todavía no estamos más cerca de tener una teoría física unificada.

Referencias:

• Sinha et al. "Ruling out multi-order interference in quantum mechanics" (2010). Science Vol. 329, No. 5990, pp. 418-421.