El efecto Quantum Zeno es un fenómeno de la física cuántica en el que la observación de una partícula evita que se descomponga como lo haría en ausencia de la observación.
Paradoja clásica de Zenón
El nombre proviene de la clásica paradoja lógica (y científica) presentada por el antiguo filósofo Zenón de Elea. En una de las formulaciones más sencillas de esta paradoja, para llegar a cualquier punto distante, debes cruzar la mitad de la distancia hasta ese punto. Pero para llegar a eso, tienes que cruzar la mitad de esa distancia. Pero primero, la mitad de esa distancia. Y así sucesivamente… de modo que resulta que en realidad tienes un número infinito de medias distancias que cruzar y, por lo tanto, ¡nunca podrás hacerlo!
Orígenes del efecto Quantum Zeno
El efecto cuántico Zeno se presentó originalmente en el artículo de 1977 «La paradoja de Zeno en la teoría cuántica» (Journal of Mathematical Physics, PDF ), escrito por Baidyanaith Misra y George Sudarshan.
En el artículo, la situación descrita es una partícula radiactiva (o, como se describe en el artículo original, un «sistema cuántico inestable»). De acuerdo con la teoría cuántica, existe una probabilidad determinada de que esta partícula (o «sistema») pase por una desintegración en un cierto período de tiempo a un estado diferente al que comenzó.
Sin embargo, Misra y Sudarshan propusieron un escenario en el que la observación repetida de la partícula en realidad previene la transición al estado de descomposición. Esto ciertamente puede ser una reminiscencia del modismo común «una olla vigilada nunca hierve», excepto que en lugar de una mera observación sobre la dificultad de la paciencia, este es un resultado físico real que puede (y ha sido) confirmado experimentalmente.
Cómo funciona el efecto Quantum Zeno
La explicación física en física cuántica es compleja, pero bastante bien entendida. Comencemos por pensar en la situación como sucede normalmente, sin el efecto cuántico Zeno en acción. El «sistema cuántico inestable» descrito tiene dos estados, llamémoslos estado A (el estado no deteriorado) y estado B (el estado decaído).
Si no se está observando el sistema, entonces, con el tiempo, evolucionará desde el estado no deteriorado a una superposición del estado A y el estado B, y la probabilidad de estar en cualquiera de los estados se basará en el tiempo. Cuando se hace una nueva observación, la función de onda que describe esta superposición de estados colapsará en el estado A o B. La probabilidad de en qué estado colapsa se basa en la cantidad de tiempo que ha pasado.
Es la última parte que es clave para el efecto cuántico Zeno. Si realiza una serie de observaciones después de períodos cortos de tiempo, la probabilidad de que el sistema esté en el estado A durante cada medición es dramáticamente más alta que la probabilidad de que el sistema esté en el estado B. En otras palabras, el sistema sigue colapsando. en el estado sin descomponer y nunca tiene tiempo para evolucionar al estado de descomposición.
Por contraintuitivo que parezca, esto ha sido confirmado experimentalmente (al igual que el siguiente efecto).
Efecto Anti-Zeno
Existe evidencia de un efecto opuesto, que se describe en la Paradoja de Jim Al-Khalili como «el equivalente cuántico de mirar una tetera y hacer que hierva más rápidamente. Aunque todavía es algo especulativo, tal investigación va al corazón de algunos de las áreas más profundas y posiblemente importantes de la ciencia en el siglo XXI, como trabajar para construir lo que se llama una computadora cuántica». Este efecto se ha confirmado experimentalmente.
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