Ya sabemos que Aquiles tenía un problema a la hora de alcanzar a una tortuga en una carrera. Pero además de eso tenía problemas para disparar flechas.
El problema con la flecha reside en la idea de Zenón de Elea:
Todo lo que ocupa un espacio exactamente igual a su tamaño en un instante de tiempo está en reposo. Por lo tanto en cada instante de tiempo la flecha está en reposo y no puede escapar del espacio que ella ocupa.
Podemos concluir que la flecha no se mueve.
El truco aquí está en considerar que el tiempo está, en cierto sentido, compuesto por instantes puntuales y discretos en los que la flecha no se mueve y por tanto el movimiento no se produce. La flecha está congelada.
No vamos a discutir aquí la paradoja de Zenón (que estaba empeñado en mostrar que el movimiento no era posible). Lo que pretendemos es asomarnos a un curioso comportamiento predicho por la cuántica que emula esta “congelación” en la evolución de un sistema. En un momento entenderemos el nombre de efecto Zenón cuántico.
Otra vez la complicada Cuántica
Vamos a volver a explicar el problema de la cuántica. Esta vez sin fórmulas . Supongamos que queremos medir una característica cuántica de una partícula. Esta característica sólo tiene dos valores posibles, rojo y amarillo. La cuántica nos permite preparar el estado de la partícula de forma que la característica que nos interesa no esté definida, es decir, que haya una cierta probabilidad de que al medir encontremos que sea roja o que sea amarilla. Imaginemos la siguiente situación:
1.- Queremos medir la característica cuántica COLOR de una partícula. Esta característica sólo tiene dos resultados posibles, la partícula tiene un valor ROJO o un valor AMARILLO.
2.- Preparamos la partícula en un estado con un 50% de probabilidad de que al medir la partícula nos diga que es ROJA y un 50% de probabilidad de que al medir nos diga que es Amarilla.
3.- La partícula inicialmente no tiene un valor definido para la característica de color. Lo que sabemos es que al medir esta característica obtendremos o bien ROJO o bien AMARILLO. Y además sabemos que si repetimos el experimento muchas veces en las mismas condiciones la mitad de las veces obtendremos que la partícula es ROJA y la otra mitad que es AMARILLA.
4.- En la medida se produce el colapso del estado. Esto quiere decir que pasamos de un estado con un valor no definido para la característica que estamos midiendo a otro que es ROJO o AMARILLO, pero una vez medido tiene un valor definido.
En la física clásica este ejemplo no tendría sentido, las cosas en clásica serían o bien ROJAS o bien AMARILLAS pero no estarían en una combinación de ambos valores. En cuántica los sistemas pueden estar en esta superposición de estados y lo extraño es que al medir la superposición se rompe colapsando el estado a un valor definido de la magnitud medida.
Esto que hemos explicado con colores lo podemos entender con energías E1 y E2.
El estado inicial puede ser una superposición de dos estados de energías definidas y al medir obtendremos el valor de alguna de estas energías perdiendo la información de la otra. El estado colapsa a un estado con un valor definido de la magnitud medida.
El efecto Zenón cuántico
Una vez entendido que medir altera el estado podemos introducir el efecto Zenón cuántico.
1.- Supongamos que tenemos una partícula A que se puede desintegrar con cierta probabilidad en dos partículas B y C.
2.- Supongamos que podemos efectuar la medida de si la partícula incial se ha desintegrado o no.
3.- Imaginemos que preparamos una partícula A y efectuamos la medida y encontramos que no se ha desintegrado, es decir, la partícula sigue siendo A. Es decir, el sistema ha colapsado al estado “no desintegrado”.
Si en este momento continuamos haciendo medidas en intervalos de tiempo muy muy cortos la partícula siempre nos dirá que no se ha desintegrado, que sigue siendo A. Si conseguimos hacer medidas instantáneas y continuamente sobre el sistema este siempre nos dirá que la partícula no se ha desintegrado. De forma efectiva estamos impidiendo su evolución mediante la observación.
¿Esto es de verdad?
Sí amigos, esto es una opción real que nos da la mecánica cuántica.
Las referencias básicas para esto son:
Este artículo es el inicio de esta línea de investigación. Escrito por Misra y Sudarshan, fue la primera vez que se dio una prueba matemática formal de este efecto (ya había sido predicho bajo argumentos heurísticos anteriormente).
En este artículo se describe el resultado de un experimento con iones de berilio que pone de manifiesto el efecto Zenón cuántico. Fue llevado a cabo en 1990 por Itano y compañía siguiendo las líneas planteadas por un artículo previo de R. J. Cook. En la actualidad esto ha sido comprobado en varios experimentos y de diversas formas distintas.
Hay que decir que no es posible “congelar” la evolución del sistema mediante mediadas porque no podemos desarrollar un sistema que nos permita efectuar una medida instantánea en cada instante de tiempo. Así que lo que se conoce como efecto Zenón cuántico en realidad es en la relentización de la evolución del mismo.
En el ejemplo anterior de la partícula A con probabilidad de desintegrarse en B+C lo que conseguiríamos es aumentar por mucho su vida media. Eso es lo que hoy día se considera una prueba del efecto Zenón cuántico.
Sin embargo, este campo depara otra sorpresa, resulta que en determinadas condiciones la medida en lugar de “frenar” la evolución hace justamente lo contrario.
A esto se le conoce como efecto anti-Zenón cuántico.
Lo discutiremos en una próxima entrada.
