Un experimento mental centenario propuesto por Albert Einstein para cuestionar las ideas de Niels Bohr sobre la mecánica cuántica se ha realizado en una prueba del mundo real. Investigadores dirigidos por Chao-Yang Lu en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China utilizaron herramientas modernas para confirmar el principio de complementaridad de Bohr. Los hallazgos muestran que la luz exhibe tanto propiedades de onda como de partícula, pero no de manera simultánea y clara.
La rivalidad entre Albert Einstein y Niels Bohr sobre la mecánica cuántica se remonta a 1927, centrada en el experimento de la doble rendija demostrado por primera vez por Thomas Young en 1801. Young demostró que la luz se comporta como una onda mostrando un patrón de interferencia de franjas claras y oscuras en una pantalla después de pasar por dos rendijas. Einstein argumentó que la luz es una partícula, mientras que Bohr introdujo la complementaridad, sugiriendo que los objetos cuánticos pueden actuar como ondas o partículas, pero no ambas a la vez.
Einstein propuso modificar el experimento con una rendija con retroceso para rastrear el camino de un fotón, lo que él creía revelaría ambos comportamientos simultáneamente, contradiciendo a Bohr. Casi un siglo después, Lu y su equipo en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China lo hicieron realidad. Dispararon un solo fotón contra un átomo ultr frío que actuaba como la rendija, enfriado por láseres y fuerzas electromagnéticas para un control preciso.
El átomo retrocedió al interactuar, poniendo al fotón en un estado que imitaba el paso por dos caminos y produciendo un patrón de interferencia. Ajustando la incertidumbre del momento del átomo, como predice el principio de incertidumbre de Heisenberg, el equipo pudo borrar el patrón al medir la información de qué camino con precisión. En regímenes intermedios, apareció una interferencia borrosa junto con datos parciales de retroceso, mostrando ambas propiedades parcialmente. «Ver la mecánica cuántica ‘en acción’ a este nivel fundamental es simplemente alucinante», dijo Lu.
El contraargumento de Bohr se mantuvo: el conocimiento preciso de la posición difumina el momento, destruyendo el patrón. Un experimento relacionado este año de Wolfgang Ketterle en el Massachusetts Institute of Technology utilizó dos átomos ultracoldos y láseres, confirmando resultados similares incluso sin mecanismos de retroceso. «En la física atómica, con átomos fríos y láseres, tenemos oportunidades reales para mostrar la mecánica cuántica con claridad que no era posible antes», señaló Ketterle.
Philipp Treutlein en la Universidad de Basilea elogió el trabajo por coincidir con predicciones históricas y su impacto educativo. Lu espera que inspire asombro por la belleza de la mecánica cuántica. Los resultados aparecen en Physical Review Letters (DOI: 10.1103/93zb-lws3).