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Correlación entre los agujeros de gusano y el entrelazamiento cuántico


 Física / Astronomía
Alejandro Serrano   03/12/2013
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«La geometría de los agujeros de gusano y el entrelazamiento cuántico pueden ser manifestaciones diferentes de la misma realidad física».
Un grupo de físicos teóricos han establecido una conexión entre el concepto de entrelazamiento –una conexión entre dos partículas, aunque estén separadas por grandes distancias, según la Mecánica Cuántica- y los agujeros de gusano –una relación hipotética y teórica entre dos agujeros negros que sirve como atajo a través del espacio-. Esta idea podría ayudar a alcanzar el máximo objetivo de la física contemporánea: el establecimiento de una teoría del todo, que concilie la física clásica con la Mecánica Cuántica. Sin embargo, otros expertos afirman que esta conexión es sólo una analogía matemática.

En entrelazamiento cuántico enlaza dos partículas, de forma que lo que le suceda a una le ocurre etambién a la otra. Según las extrañas pero comprobadas leyes del mundo cuántico, que domina el reino subatómico, una partícula puede estar en dos condiciones opuestas –o estados- al mismo tiempo. Por ejemplo, un átomo puede tener su espín -momento angular intrínseco- orientado hacia arriba, abajo, o hacia ambos lados al mismo tiempo. Ese estado ambiguo o doble dura hasta que se mide, momento en el que “colapsa” en un estado o en otro. Dos átomos pueden estar entrelazados y tener un momento angular correlativo pero apuntar en direcciones opuestas. Si el primer átomo es medido y colapsa en un momento angular hacia arriba, el segundo átomo hará lo mismo, colapsará, pero hacia abajo, incluso si ambos se encuentran a años-luz de distancia.

Los agujeros de gusano son una predicción de la Teoría General de la Relatividad de Einstein, que describe cómo los objetos masivos crean deformaciones del espacio-tiempo, y ocasionan efectos como la gravedad. Si un objeto es lo suficientemente masivo (o supermasivo), puede crear un agujero en el espacio-tiempo, tan pronunciado queni siquiera la luz podría escapar de él, y formar un agujero negro. En principio, según la teoría, dos agujeros negros muy separados uno de otro, pueden conectarse para formar un atajo a través del espacio-tiempo, denominado agujero de gusano.

A primera vista, tanto el entrelazamiento cuántico como los agujeros de gusano parecen contradecir la máxima de Einstein de que nada puede viajar más rápido quela luz, pero en ambos casos, esta esperanza se ve derrumbada. El entrelazamiento cuántico no puede ser utilizado para enviar señales más rápidas que la luz, porque no se puede controlar la salida de la medición en el primer átomo y establecer deliberadamente el estado del otro, distante del primero. De forma similar, en un agujero de gusano nadie podría escapar por el agujero negro de salida, ya que nada puede escapar de su efecto gravitatorio, ni siquiera la luz.

Aún así, hay una conexión. En junio, Juan Maldacena, físico teórico del Instituto de Estudios Avanzados de Princetown, Nueva Jersey, y Leonard Susskind, tambíen físico teórico, pero en la Universidad de Stanford en Palo Alto (California), imaginaron un entrelazamiento cuántico entre los estados de dos agujeros negros. Entonces, imaginaron que esos agujeros negros se separaban en una gran distancia. Cuando esto sucede, afirman, se crearía una forma de agujero de gusano entre ambos.

Ahora, dos equipos independientes de científicos afirman que debería ser posible crear una conexión de agujero de gusano entre dos partículas cuánticas ordinarias, como los quarks, que componen los protones y neutrones.

Kristan Jensen, de la Universidad Victoria (Canadá) y Andreas Karch, de la Universidad de Washington (Seattle), comenzaron por imaginar un par entrelazado de quark-antiquark - junto con los leptones, son los constituyentes fundamentales de la materia, y su antipartícula-, que se encontraba en el espacio 3D ordinario, como describen en su estudio, publicado el 20 de noviembre en la revista Physical Review Letters. Ambos quarks se precipitaron el uno hacia el otro casi a la velocidad de la luz, lo que hizo imposible traspasar señales de uno al otro. Los investigadores asumen que el espacio 3D donde los quarks residen es el límite hipotético deun mundo 3D. En este espacio 3D, el par entrelazado es conectado a una especie de cadena conceptual. Pero en el espacio 3D, la cadena se transforma en un agujero de gusano.

Julian Sonner, del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge, construyó de forma teórica sobre el trabajo previo de Karch y Jensen. Imaginó un par quark-antiquark que emerge a la existencia en un fuerte campo eléctrico, que luego envía las partículas cargadas de forma opuesta, y acelerando en direcciones también opuestas. Sonner también descubre que las partículas entrelazadas en el mundo 3D están también conectadas por un agujero de gusano en el mundo 4D, como informa en el artículo publicado online el 20 de noviembre en la revista Physical Review Letters.

Para llegar a este resultado, Jensen, Karch y Sonner utilizan el llamado Principio Holográfico, un concepto inventado por Maldacena que indica que una teoría cuántica con la gravedad en un espacio dado es equivalente a una teoría cuántica sin gravedad en un espacio con una dimensión menos que constituye el límite del espacio original. En otras palabras, los agujeros negros en un espacio 4D y un agujero de gusano son matemáticamente equivalentes a sus proyecciones holográficas existentes en un entorno 3D. Estas proyecciones son esencialmente partículas elementales que funcionan según las leyes de la mecánica cuántica, sin gravedad, y con una conexión de cadena entre ellas. “El agujero de gusano y el par entrelazado no viven en el mismo espacio”, aegura Karch. Pero,añade, sí son matemáticamente equivalentes.

¿Qué implica esto? Depende de con quién hables. Susskind y Maldacena señalan que en ambos estudios, las partículas cuánticas originales residen en un espacio sin gravedad. En un modelo 3D sin gravedad y simplificado de nuestro mundo, no podría haber agujeros negros ni agujeros de gusano, añade Susskind, así quela conexión entre con un agujero negro en un espacio con más dimensiones es una mera analogía matemática. El agujero de gusano y su equivalencica entrelazada “sólo tiene sentido en una teoría con gravedad”, concluye.

Sin embargo, Karch y sus compañeros afirman que sus cálculos son un importante primer paso hacia la verificación de la teoría de Maldacena y Susskind. Sobre su modelo “de juguete” sin gravedad, Karch asegura que “da una realización concreta a la idea de que la geometría de los agujeros de gusano y el entrelazamiento cuántico pueden ser manifestaciones diferentes de la misma realidad física”.

Fuente: Science.




 

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