Gatos de Schrödinger gigantes

l gato fue una idea del físico Erwin Schrödinger, quien lo introdujo en una caja junto a un frasco con una pequeña cantidad de sustancia radioactiva cuya probabilidad de emitir una partícula en una hora fuese del 50%. Es decir, al cabo de una hora la sustancia podría haber emitido una partícula o podría no haberla emitido con idéntica probabilidad. Junto al frasco había un detector de radioactividad, un contador Geiger. Y, conectado al contador, un martillo que, en caso de detectarse la partícula radioactiva, rompería un recipiente con cianuro que mataría al gato.

La intención de semejante pesadilla, un experimento mental, era ilustrar que, si eran ciertos los postulados de la recién inventada mecánica cuántica, se llegaba a una consecuencia absurda: el gato se encuentra en un estado de superposición, vivo y muerto al mismo tiempo, hasta el momento en que alguien abre la caja y lo observa. El motivo de considerar ese estado indefinido del animal es que la mecánica cuántica predice un estado de este tipo para un átomo radioactivo. Hasta que la partícula emitida por el átomo no sea detectada o no interaccione con nada, la mecánica cuántica asigna al átomo un estado de superposición entre "haber emitido una partícula" y "no haber emitido una partícula".

El experimento de Schrödinger nunca daría resultado, ya que la temperatura, complejidad y tamaño del gato harían imposible una superposición de dos estados a la vez. ¡Un gato contiene unas 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000 partículas elementales interaccionando sin cesar! Además, la partícula fruto de la desintegración radioactiva debe interaccionar con el contador Geiger para que se desencadene la tragedia y eso, en la práctica, daría al traste con el estado de superposición antes que alguien abriese la caja para comprobar la salud del gato. Sin embargo, los gatos de Schrödinger de tamaño minúsculo existen.

Se han conseguido "gatos fotones". Del mismo modo que el gato puede estar entre la vida y la muerte hasta la abertura de la caja, un fotón puede encontrarse en estado de superposición hasta el momento en que alguien decide interponer un polarizador en su camino y ver si el fotón lo atraviesa o no (como se explica en el artículo "Destinos entrelazados"). El célebre experimento de la doble rendija de Young, realizado en 1801, brinda otra oportunidad de tener en nuestras manos auténticos gatos de Schrödinger. Cuando se hace pasar un haz de luz a través de un obstáculo con dos rendijas, cada fotón puede atravesarlo por una u otra abertura. Sin embargo, si no observamos por cuál de ellas va, entonces la posición del fotón es una superposición de las dos posiciones posibles (ver el artículo "Naturaleza Mágica: la doble rendija"). En algún momento es como si estuviese pasando simultáneamente por las dos rendijas.

El siguiente paso fueron los "gatos electrones". Éstos, a diferencia de los fotones, tienen masa. Si los enviamos contra una doble rendija sucede lo mismo que con los fotones: cada electrón puede atravesar por una u otra abertura. Sin embargo, si no observamos por cuál de ellas va, entonces la posición del electrón es una superposición de las dos posiciones posibles. La primera vez que se pudo ver uno de estos gatos de Schrödinger con masa fue en 1927, al hacer pasar electrones a través de la red cristalina de un diminuto trozo de níquel. Y no fue hasta 1961 que los físicos experimentales lograron observarlos al pasar por una simple doble rendija como la del experimento de Young.

¿Y qué tal si aumentamos cerca de dos mil veces la masa de nuestros gatos de Schrödinger? ¡Prueba superada! Se logró en 1936 con la primera prueba experimental de la difracción de neutrones. Este hito fue el pistoletazo de salida para numerosos experimentos con partículas cada vez mayores. La difracción de átomos de helio a través de dos rendijas se realizó en 1991. Los átomos de helio son cuatro veces más pesados que los protones y bastante más complejos: dos neutrones y dos protones en el núcleo, con dos electrones a su alrededor. Y, pese a su complejidad y tamaño, su posición puede ser una superposición de dos lugares a la vez.

Los gatos de Schödinger más grandes y complejos que se habían visto hasta hace poco, fueron cazados en 2002 en Viena por el grupo de investigación del profesor Anton Zeilinger. Se trata de unas moléculas compuestas por 70 átomos de carbono en forma de pelota de fútbol. Estas pelotitas, llamadas fullerenos C70, continúan siendo realmente pequeñas para nuestros sentidos: apenas 8 Angstroms, mil veces más pequeñas que una bacteria. Pero son auténticos gigantes en comparación con los protones: un millón de veces más grandes y 840 veces más pesadas.

La carrera para obtener partículas cada vez mayores y más complejas en estados de superposición cuántica no se detiene. Otro equipo de la misma Universidad de Viena, liderado por el físico Markus Arndt, acaba de conseguir este mes de noviembre gatos de Schrödinger alargados: unas moléculas llamadas azobencenos, cuatro veces más grandes que las pelotitas C70. Una película documental sobre estos experimentos, llamada "Fútbol cuántico", ha sido presentada en el Primer Festival Europeo de Cine Científico y Educativo, que tuvo lugar en Viena el último fin de semana de noviembre. Y lo mejor es que el aparato con el que los investigadores austríacos han conseguido colocar azobencenos en dos lugares a la vez está diseñado para ofrecernos gatos de Schrödinger aún mayores. Todavía no sabemos dónde está el límite entre el mundo clásico y el cuántico, si es que hay algún límite.