Un experimento a través de un videojuego demuestra que Einstein no siempre tenía razón

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Más de 100.000 personas han ayudado a zanjar un debate sobre cómo se comportan los átomos que enfrentó a dos de los físicos más célebres de la historia, el alemán Albert Einstein y el danés Niels Bohr. Después de casi un siglo, todo apunta a que Einstein se equivocó y que Bohr tenía razón.

El 30 de noviembre de 2016, más de 100.000 voluntarios de todo el mundo jugaron por internet a un videojuego para participar en una investigación llamada The BIG Bell Test. En tan solo 48 horas, generaron más de 90 millones de datos que sirvieron para realizar 13 experimentos en laboratorios de 11 países, coordinados desde el Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), en Castelldefels, Barcelona. Tras meses de análisis minuciosos, los científicos publican esta semana los resultados definitivos en la revista Nature. La conclusión: la teoría que defendía Einstein, el realismo local, no sirve para explicar el comportamiento de la materia a nivel cuántico.

Según el realismo local, si se produce un efecto, es porque algo de su entorno lo ha causado. En cambio, la física cuántica sostiene que las partículas se comportan de forma impredecible

El realismo local, basado en la física clásica, postula que, si se conocieran todas las variables dentro de un sistema cerrado, sin influencias externas, sería posible llegar a predecir el comportamiento de cualquier partícula individual del sistema, ya fuera este un átomo, un cuerpo o un planeta.

Visto de otra forma, si se produce un efecto, es porque algo de su entorno lo ha causado. Esta hipótesis, sostenida por Einstein, coincide con el comportamiento de la materia al que estamos acostumbrados. “Tenemos muy interiorizado que las cosas suceden por interacción local. Es decir, si quiero mover una silla, tengo que acercarme a ella y tocarla”, señala Carlos Abellán, investigador del ICFO. Abellán participó en el desarrollo del videojuego y del sistema informático que permitió enviar los datos generados por los voluntarios a los diferentes laboratorios en tiempo real.

Mapa mundial del número de visitas a la web de The BIG Bell Test el día 30 de noviembre de 2016

Mapa mundial del número de visitas a la web de The BIG Bell Test el día 30 de noviembre de 2016 (ICFO).

Bohr, en cambio, defendía que en el mundo cuántico las partículas se comportan de una forma muy diferente: que aun conociendo todas las variables no se puede predecir su comportamiento porque entran en juego factores externos y aleatorios. “La física cuántica pone en jaque nuestras intuiciones sobre el mundo”, remarca Abellán.

Durante años, el debate entre Einstein y Bohr quedó restringido a la filosofía, ya que no había forma de probar experimentalmente quién tenía razón. Las cosas cambiaron en 1964, cuando el físico norirlandés John Bell ideó un experimento para zanjar la cuestión.

En el mundo cuántico, dos partículas pueden estar conectadas y compartir un estado aunque no se encuentren en el mismo lugar, un fenómeno que se conoce como entrelazamiento. Aunque se separen miles o incluso millones de kilómetros, el estado en el que se encuentre una de las dos partículas afectará a la otra instantáneamente. En otras palabras, las partículas entrelazadas comparten una información que viaja más rápido que la luz. Según la mecánica cuántica, además, el mero hecho de observar una partícula para descubrir en qué estado se encuentra hace que este cambie y por consiguiente también el de su pareja entrelazada.

“El entrelazamiento es un fenómeno muy sorprendente, que contradice todas nuestras intuiciones”, explica Morgan Mitchell, investigador Icrea en el ICFO y coordinador del proyecto. “Todavía no sabemos por qué ocurre. Es uno de los grandes misterios de la física cuántica. Pero el caso es que podemos observarlo”, añade.

John Bell propuso separar dos partículas entrelazadas y medir sus estados simultáneamente; si éstos estaban relacionados, entonces las partículas debían ser capaces de influirse mutuamente a distancia, más allá del entorno local. Para descartar el efecto del azar, Bell diseñó una ecuación que permitía hacer un análisis estadístico a partir de un gran número de observaciones. De esta forma nació lo que se conoce como test de Bell. Este se utiliza desde hace años para comprobar si dos partículas subatómicas situadas en direcciones distintas, A y B, se influyen entre sí sin importar la distancia. Si ese es el caso, puede implicar dos cosas sorprendentes: que la medición de una partícula afecta instantáneamente a la otra o, lo que es aún más raro, que las propiedades de las partículas nunca existieron realmente, sino que fueron creadas por la misma medición en sí. Es decir, que cambian cuando las miramos. Algo que ponía muy nervioso a Einstein.

El test de Bell ha refutado el realismo local en repetidas ocasiones, pero hasta ahora quedaba un cabo suelto: los científicos medían las partículas según series aleatorias generadas por computador, o bien decididas por los propios investigadores. Y cabía la posibilidad, aunque remota, de que esa información afectase de algún modo al estado de las partículas, que fuese una variable oculta que pudiera determinar su comportamiento, lo cual no permitiría descartar el realismo local. Según Abellán, cuando se comprueban fundamentos de la física cuántica, “hay que ser tan paranoicos como sea posible”.

Para superar este escollo, los investigadores de The BIG Bell Test decidieron recurrir al libre albedrío de miles de mentes humanas de todo el planeta, que en teoría no tienen absolutamente ninguna relación con las partículas con las que los científicos experimentan en sus laboratorios.

Pero captar la ayuda de tantas personas no era un reto trivial. Para lograrlo, decidieron utilizar un videojuego. “Fue una manera de captar más datos. Una actividad divertida atrae a más jugadores, que juegan más tiempo y nos dan más datos”, relata Mitchell. En The BIG Bell Quest, los jugadores debían introducir series de unos y ceros lo más rápido posible y tan aleatoriamente como pudieran. Los bits se transferían en tiempo real a los 13 laboratorios, donde los investigadores los utilizaban para determinar qué medidas efectuaban sobre las partículas entrelazadas.

Los voluntarios de todo el mundo, conocidos como “Bellsters”, generaron más de 90 millones de bits impredecibles en 48 horas, que fueron enviados a experimentos cuánticos simultáneos repartidos en doce laboratorios en Brisbane (Australia), Shanghai, Viena, Roma, Munich, Zurich, Niza, Barcelona, Buenos Aires, Concepción (Chile) y Boulder (Colorado, EE.UU.) Una sola persona, trabajando ocho horas al día y cinco días a la semana, habría tardado cuatro años en generar tal cantidad de datos, explica Carlos Abellán en una charla TED

Los científicos no esperaban que su experimento tuviera tanto éxito. “Esperábamos reclutar unos 30.000 participantes, pero pasamos de los 100.000”, declara Mitchell. “Es un número impresionante. Incluso tuvimos siete participaciones desde la Antártida”. “Es la primera vez que se logra conectar a tantas personas a través de internet en un experimento de este tipo”, remarca el investigador. La tecnología que los científicos han desarrollado para establecer esta conexión puede servir de base para otros experimentos que requieran de la participación ciudadana.

El resultado de este gran test de Bell no es solo otra refutación del realismo local, sino que “demuestra de una nueva manera que la física cuántica, la base de las tecnologías cuánticas, es correcta”, subraya Morgan Mitchell. La conclusión es especialmente relevante en el campo de las comunicaciones cuánticas, una forma de transmitir información imposible de hackear y que se basa en el entrelazamiento entre partículas.

Fuente: lavanguardia.com

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