El experimento de Afshar es una variación del experimento de doble rendija en mecánica cuántica, ideado y llevado a cabo por Shahriar Afshar mientras estaba en el Instituto de Estudios de Masas Inducidas por Radiación (IRIMS) con sede en Boston. [1] Los resultados se presentaron en un seminario de Harvard en marzo de 2004. [2] Afshar afirmó que el experimento proporciona información sobre cuál de los dos caminos toma un fotón a través del aparato mientras que simultáneamente permite observar la interferencia entre los dos caminos, mostrando que una rejilla de cables, colocada en los nodos del patrón de interferencia, no altera los haces. [3]Afshar afirmó que el experimento viola el principio de complementariedad de la mecánica cuántica , [4] que establece aproximadamente que los aspectos de partículas y ondas de los objetos cuánticos no se pueden observar al mismo tiempo, y específicamente la relación de dualidad Englert-Greenberger . [5] El experimento ha sido repetido por varios investigadores pero su interpretación es controvertida y hay varias teorías que explican el efecto sin violar la complementariedad. [6] [7] [8] [9] [10]
Descripción general
El experimento de Afshar utiliza una variante del clásico experimento de doble rendija de Thomas Young para crear patrones de interferencia para investigar la complementariedad . Una de las afirmaciones de Afshar es que, en su experimento, es posible comprobar las franjas de interferencia de un flujo de fotones (una medida de la naturaleza ondulatoria de los fotones) mientras que al mismo tiempo se determina la información de "qué camino" de cada fotón (un medición de la naturaleza de las partículas de los fotones). [3] [11] En su experimento, el orificio A se correlaciona con el detector 1 cuando el orificio B está cerrado, y el orificio B se correlaciona con el detector 2 cuando el orificio A está cerrado. La afirmación de Afshar por la violación del principio de complementariedad depende fundamentalmente de su afirmación de que estas correlaciones permanecen, y por lo tanto, la información de qué ruta se conserva, cuando ambos agujeros están abiertos, y cita a Wheeler [12] en apoyo. [5]
Historia
El trabajo experimental de Shahriar S. Afshar se realizó inicialmente en el Instituto de Estudios de Masas Inducidas por Radiación (IRIMS) en Boston en 2001 y luego se reprodujo en la Universidad de Harvard en 2003, mientras era investigador allí. [1] Los resultados fueron presentados en un seminario de Harvard en marzo de 2004, [2] y publicados como actas de conferencia por la Sociedad Internacional de Ingeniería Óptica (SPIE). [3] El experimento apareció como artículo de portada en la edición del 24 de julio de 2004 de New Scientist . [1] [13] El artículo principal de New Scientist generó muchas respuestas, incluidas varias cartas al editor que aparecieron en los números del 7 y 14 de agosto de 2004, argumentando en contra de las conclusiones extraídas por Afshar, con John G. Cramer ' s respuesta. [14] Afshar presentó su trabajo también en la reunión de la American Physical Society en Los Ángeles, a finales de marzo de 2005. [15] Su artículo revisado por pares fue publicado en Foundations of Physics en enero de 2007. [5]
Configuración experimental
El experimento utiliza una configuración similar a la del experimento de doble rendija . En la variante de Afshar, la luz generada por un láser pasa a través de dos orificios circulares muy próximos (no rendijas). Después de los orificios dobles, una lente vuelve a enfocar la luz para que la imagen de cada orificio caiga en detectores de fotones separados (Fig. 1). Con el orificio 2 cerrado, un fotón que atraviesa el orificio 1 incide solo en el detector de fotones 1. De manera similar, con el orificio 1 cerrado, un fotón que atraviesa el orificio 2 incide solo en el detector de fotones 2. Con ambos orificios abiertos, afirma Afshar, citando a Wheeler [12] en apoyo, ese pequeño orificio 1 permanece correlacionado con el detector de fotones 1 (y viceversa para el orificio 2 con el detector de fotones 2) y, por lo tanto, la información de en qué sentido se conserva cuando ambos orificios están abiertos. [5]
Cuando la luz actúa como una onda, debido a la interferencia cuántica se puede observar que hay regiones que los fotones evitan, llamadas franjas oscuras . Se coloca una cuadrícula de alambres delgados justo antes de la lente (Fig. 2) de modo que los alambres se encuentren en las franjas oscuras de un patrón de interferencia que es producido por la configuración de doble orificio. Si uno de los poros está bloqueado, el patrón de interferencia ya no se formará, y la rejilla de cables causa una difracción apreciable en la luz y bloquea parte de ella para que no sea detectada por el detector de fotones correspondiente. Sin embargo, cuando ambos orificios están abiertos, el efecto de los cables es insignificante, comparable al caso en el que no hay cables colocados frente a la lente (Figura 3), porque los cables se encuentran en las franjas oscuras de un patrón de interferencia. . El efecto no depende de la intensidad de la luz (flujo de fotones).
Para establecer la violación del principio de complementariedad , Afshar considera el caso en el que ambos agujeros están abiertos y afirma tanto una alta visibilidad V de interferencia como una alta distinción D (correspondiente a la información de qué ruta), de modo que V 2 + D 2 > 1. [5] Su afirmación depende en gran medida de si la información de qué ruta se conserva cuando ambos agujeros están abiertos.
La interpretación de Afshar
La conclusión de Afshar es que, cuando ambos orificios están abiertos, la luz exhibe un comportamiento de onda cuando pasa por los cables, ya que la luz atraviesa los espacios entre los cables pero evita los cables en sí, pero también exhibe un comportamiento de partículas después de atravesarlos. la lente, con fotones yendo a un fotodetector correlacionado. Afshar sostiene que este comportamiento contradice el principio de complementariedad en la medida en que muestra características tanto de onda como de partícula en el mismo experimento para los mismos fotones.
Recepción
Crítica específica
Varios científicos han publicado críticas a la interpretación de Afshar de sus resultados, algunos de los cuales rechazan las afirmaciones de una violación de la complementariedad, aunque difieren en la forma en que explican cómo la complementariedad se enfrenta al experimento. Afshar ha respondido a estas críticas en sus charlas académicas, su blog y otros foros. Por ejemplo, un artículo refuta la afirmación central de Afshar de que se viola la relación de dualidad Englert-Greenberger . Los investigadores volvieron a ejecutar el experimento, utilizando un método diferente para medir la visibilidad del patrón de interferencia que el utilizado por Afshar, y no encontraron ninguna violación de la complementariedad, concluyendo "Este resultado demuestra que el experimento se puede explicar perfectamente mediante la interpretación de Copenhague de mecánica cuántica." [8]
A continuación se muestra una sinopsis de los trabajos de varios críticos que destacan sus principales argumentos y los desacuerdos que tienen entre ellos:
- Ruth Kastner , Comité de Historia y Filosofía de la Ciencia, Universidad de Maryland, College Park . [6] [16]
- La crítica de Kastner, publicada en un artículo revisado por pares, procede mediante la creación de un experimento mental y la aplicación de la lógica de Afshar para exponer su defecto. Ella propone que el experimento de Afshar es equivalente a preparar un electrón en un estado de giro y luego medir su giro lateral. Esto no implica que uno haya descubierto el estado de giro hacia arriba y hacia abajo y el estado de giro hacia los lados de cualquier electrón simultáneamente. Aplicado al experimento de Afshar: "Sin embargo, incluso con la cuadrícula eliminada, dado que el fotón se prepara en una superposición S , la medición en la pantalla final en t 2 nunca es realmente una medición 'en qué dirección' (el término tradicionalmente adjunto a la observable en base a rendija ), porque no puede decirnos 'qué rendija atravesó realmente el fotón'.
- Daniel Reitzner , Centro de Investigación para la Información Cuántica, Instituto de Física, Academia de Ciencias de Eslovaquia , Bratislava , Eslovaquia . [17]
- Reitzner realizó simulaciones numéricas, publicadas en una preimpresión, de la disposición de Afshar y obtuvo los mismos resultados que Afshar obtuvo experimentalmente. A partir de esto, argumenta que los fotones exhiben un comportamiento de onda, incluida una alta visibilidad de la franja pero sin información de en qué dirección, hasta el punto en que golpean el detector: "En otras palabras, la distribución de dos picos es un patrón de interferencia y el fotón se comporta como un onda y no exhibe propiedades de partícula hasta que golpea la placa. Como resultado, nunca se puede obtener información de qué dirección de esta manera ".
- WG Unruh , profesor de física en la Universidad de Columbia Británica [18]
- Unruh, como Kastner, procede estableciendo un arreglo que considera equivalente pero más simple. El tamaño del efecto es más grande para que sea más fácil ver la falla en la lógica. En opinión de Unruh, ese defecto es, en el caso de que exista un obstáculo en la posición de las franjas oscuras, "extraer la inferencia de que SI la partícula se detectó en el detector 1, ENTONCES debe haber venido del camino 1. De manera similar, SI fuera detectado en el detector 2, luego vino de la ruta 2. " En otras palabras, acepta la existencia de un patrón de interferencia pero rechaza la existencia de información de qué sentido.
- Luboš Motl , ex profesor adjunto de física de la Universidad de Harvard . [19]
- La crítica de Motl, publicada en su blog, se basa en un análisis de la configuración real de Afshar, en lugar de proponer un experimento diferente como Unruh y Kastner. A diferencia de Unruh y Kastner, él cree que la información en qué dirección siempre existe, pero argumenta que el contraste medido del patrón de interferencia es en realidad muy bajo: "Debido a que esta señal (interrupción) de la segunda imagen del medio es pequeña (equivalentemente, sólo afecta a una porción muy pequeña de los fotones), el contraste V también es muy pequeño y llega a cero para cables infinitamente delgados ". También sostiene que el experimento puede entenderse con la electrodinámica clásica y "no tiene nada que ver con la mecánica cuántica".
- Aurelien Drezet , Instituto Néel, Grenoble, Francia. [20] [21]
- Drezet sostiene que el concepto clásico de un "camino" conduce a mucha confusión en este contexto, pero "el problema real en la interpretación de Afshar proviene del hecho de que el patrón de interferencia no está realmente registrado por completo". El argumento es similar al de Motl, que la visibilidad observada de las franjas es en realidad muy pequeña. Otra forma en que ve la situación es que los fotones usados para medir las franjas no son los mismos fotones que se usan para medir la trayectoria. La configuración experimental que analiza es sólo una "versión ligeramente modificada" de la utilizada por Afshar.
- Ole Steuernagel , Facultad de Física, Astronomía y Matemáticas, Universidad de Hertfordshire , Reino Unido. [7]
- Steuernagel realiza un análisis cuantitativo de los diversos modos transmitidos, refractados y reflejados en una configuración que difiere solo ligeramente de la de Afshar. Concluye que la relación de dualidad de Englert-Greenberger está estrictamente satisfecha y, en particular, que la visibilidad de la franja para cables delgados es pequeña. Como algunos de los otros críticos, enfatiza que inferir un patrón de interferencia no es lo mismo que medir uno: "Finalmente, la mayor debilidad en el análisis dado por Afshar es la inferencia de que debe estar presente un patrón de interferencia".
- Andrew Knight sostiene que la afirmación de Afshar de violar la complementariedad es una simple inconsistencia lógica: al configurar el experimento de modo que los fotones sean espacialmente coherentes sobre los dos poros, los poros son necesariamente indistinguibles por esos fotones. [22] “En otras palabras, Afshar et al. afirman de una vez que prepararon el experimento de modo que los poros A y B son intrínsecamente indistinguibles por ciertos fotones [específicamente, fotones que se producen para ser espacialmente coherentes en el ancho abarcado por los poros que, por lo tanto, son incapaces de distinguirlos], y en otro aliento para haber distinguido los agujeros A y B con esos mismos fotones ".
Soporte específico
- Flores y col. criticar la configuración de Kastner y proponer una configuración experimental alternativa. [23] Al quitar la lente de Afshar y hacer que dos haces se superpongan en un ángulo pequeño, Flores et al. con el objetivo de mostrar que la conservación del impulso garantiza la preservación de la información de qué ruta cuando ambos agujeros están abiertos.
- John G. Cramer adopta la interpretación de Afshar del experimento para respaldar su propia interpretación transaccional de la mecánica cuántica y desafiar la interpretación de muchos mundos de la mecánica cuántica . [24] Esta afirmación no se ha publicado en una revista revisada por pares.
Ver también
- Experimento de elección retrasada de Wheeler
- Borrador cuántico de elección retrasada
- Medida débil
- Teoría del absorbedor de Wheeler-Feynman
Referencias
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Otras lecturas
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- Cramer, JG (2015). El apretón de manos cuántico: entrelazamiento, no localidad y transacciones . Springer Verlag. ISBN 978-3-319-24642-0.
enlaces externos
- Blog de Afshar