Un estado de limbo, análogo al del 'gato de Schrödinger', puede existir para las temperaturas: los objetos pueden tener dos temperaturas al mismo tiempo a nivel cuántico.
Esta extraña paradoja cuántica es la primera relación de incertidumbre cuántica completamente nueva que se formulará en décadas, vaticinan físicos de la Universidad de Exeter.
En 1927, el físico alemán Werner Heisenberg postuló que cuanto más precisamente se mida la posición de una partícula cuántica, con menor precisión se puede conocer su momento, y viceversa, una regla que se convertiría en el ahora famoso principio de incertidumbre de Heisenberg.
La nueva incertidumbre cuántica, que afirma que cuanto más precisa sea la temperatura, menos se puede decir sobre la energía, y viceversa, tiene grandes implicaciones para la nanociencia, que estudia objetos increíblemente pequeños, más pequeños que un nanómetro. Este principio cambiará la forma en que los científicos miden la temperatura de elementos extremadamente pequeños, como puntos cuánticos, pequeños semiconductores o células individuales, dijeron los investigadores en el nuevo estudio, publicado en 'Nature Communications'.
En la década de 1930, Heisenberg y el físico danés Niels Bohr establecieron una relación de incertidumbre entre la energía y la temperatura en la escala no cuántica. La idea era que, si querías saber la temperatura exacta de un objeto, la mejor y más precisa forma científica de hacerlo sería sumergirlo en un "depósito", por ejemplo, una tina de agua o una nevera llena de aire frío, con una temperatura conocida, y permita que el objeto se convierta lentamente en esa temperatura. Esto se llama equilibrio térmico.
Sin embargo, ese equilibrio térmico es mantenido por el objeto y el depósito intercambiando energía constantemente. La energía en su objeto sube y baja en cantidades infinitesimales, lo que hace que sea imposible definir con precisión. Por otro lado, si quisieras saber la energía precisa en tu objeto, tendrías que aislarlo para que no pudiera entrar en contacto e intercambiar energía con cualquier cosa. Pero si se aísla, no sería capaz de medir su temperatura con precisión utilizando un depósito. Esta limitación hace que la temperatura sea incierta.
Las cosas se vuelven más extrañas cuando vas a la escala cuántica.
Incluso si un termómetro típico tiene una energía que sube y baja ligeramente, esa energía aún se puede conocer dentro de un rango pequeño.
TODO SE DEBE AL 'GATO DE SCHRÖDINGER'
Esto no es cierto en absoluto en el nivel cuántico, mostró la nueva investigación, y todo se debe al gato de Schrödinger. Ese experimento mental propuso un gato teórico en una caja con un veneno que podría ser activado por la descomposición de una partícula radiactiva. De acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, la partícula podría haber decaído y no decaído al mismo tiempo, lo que significa que hasta que se abra la caja, el gato estaría muerto y vivo al mismo tiempo, un fenómeno conocido como superposición.
Los investigadores usaron las matemáticas y la teoría para predecir exactamente cómo dicha superposición afecta la medición de la temperatura de los objetos cuánticos.
"En el caso cuántico, un termómetro cuántico estará en una superposición de estados de energía simultáneamente", dijo a Live Science Harry Miller, uno de los físicos de la Universidad de Exeter que desarrolló el nuevo principio. "Lo que encontramos es que debido a que el termómetro ya no tiene una energía bien definida y en realidad está en una combinación de diferentes estados a la vez, esto en realidad contribuye a la incertidumbre en la temperatura que podemos medir".
En nuestro mundo, un termómetro puede decirnos que un objeto está entre menos 0,5 y 0 grados Celsius. En el mundo cuántico, un termómetro puede decirnos que un objeto tiene ambas temperaturas al mismo tiempo. El nuevo principio de incertidumbre explica esa rareza cuántica.
Las interacciones entre objetos en la escala cuántica pueden crear superposiciones y también crear energía. La antigua relación de incertidumbre ignoró estos efectos, porque no importa para los objetos que no son cuánticos. Pero importa mucho cuando se trata de medir la temperatura de un punto cuántico, y esta nueva relación de incertidumbre constituye un marco teórico para tener en cuenta estas interacciones.
El nuevo estudio podría ayudar a cualquiera que esté diseñando un experimento para medir los cambios de temperatura en objetos por debajo de la escala del nanómetro. "Nuestro resultado les va a decir exactamente cómo diseñar con precisión sus sondas y les dirá cómo dar cuenta de la incertidumbre cuántica adicional que obtiene", concluye Miller.
