Por muchas razones, merece la pena involucrarse en lo que va a ocurrir el próximo 30 de noviembre en diez laboratorios de óptica cuántica de todo el mundo. Y una de las razones es que será un éxito si al menos treinta mil personas deciden involucrarse. El BIG Bell Test, que es como se llama el experimento y que podría describirse como un experimento de ciencia ciudadana, que necesita que la ciudadanía contribuya con sus observaciones, sus medidas, sus datos, va más allá y pretende demostrar por primera vez que las decisiones humanas pueden contribuir a explorar cuestiones fundamentales de la física.
¿Qué más razones podría tener un profesor de física, matemáticas, historia o filosofía de secundaria para participar?
- Una es que la historia del test de Bell contiene todos los ingredientes para entender cómo evoluciona la ciencia: un cambio de paradigma científico, una guerra mundial, una guerra fría, e incluso un movimiento social como el movimiento hippie.
- Otra es que la física cuántica es una teoría que describe los fundamentos del mundo microscópico con una precisión sin precedentes, y que es la base de tecnologías tan transformadoras como el láser, o de tecnologías emergentes como la criptografía, la computación o la metrología cuánticas, que apoyadas en fenómenos cuánticos, superan las capacidades de cualquier tecnología clásica y están dando lugar a la llamada segunda revolución cuántica.
- Otra más es que las matemáticas involucradas nos hablan del azar y la estadística, menos atendidas en ocasiones que la lógica y el cálculo, y cuyo dominio resulta importantísimo para entender la mayoría de procesos complejos que nos rodean, desde el clima y el mercado hasta internet.
- Y por último, pero no menos importante, la filosofía del test de Bell se relaciona con un debate muy antiguo (¿cuál es la relación entre el observador y la realidad? ¿el mundo al que tenemos acceso tiene alguna relación con el mundo real? ¿la observación tiene alguna influencia en lo que observamos?) siendo, asombrosamente, capaz de contribuir a este debate. El teorema de Bell proporciona un criterio para saber si una teoría física respeta las intuiciones más elementales (realismo: las propiedades de las objetos están bien definidas antes de mirarlas y localidad: los resultados de una observación en un punto no dependen de sucesos simultáneos en puntos suficientemente alejados de él).
Bell propuso un experimento muy sencillo consistente en realizar un conjunto de medidas simultaneas sobre objetos que se encuentran separados una cierta distancia. A partir de las correlaciones observadas se puede calcular una cierta cantidad “S”. Bell demostró que cualquier teoría que cumpla realismo y localidad predice un valor menor o igual que dos para dicha cantidad” “S. Y demostró también que la física cuántica predice un valor de “S” mayor que dos y que por tanto que la cuántica entra en conflicto de forma inequívoca con el realismo local [1].
¿Y qué pasa si implementamos el teorema de Bell y medimos el valor de “S” experimentalmente? Habremos llevado a cabo un test de Bell. ¿Se ha hecho alguna vez? Varias veces. Y en la mayoría de las ocasiones, incluidas las más recientes en 2015, el resultado de “S” ha sido mayor que dos. Es decir, cualquiera que sea la teoría que describe la realidad, no puede ser local y realista. Es decir, nuestras intuiciones básicas sobre la realidad están equivocadas.
¿Por qué hacemos el BIG Bell Test? Para que un test de Bell sea convincente, una de las condiciones que tiene que cumplir es que las medidas que se hagan sobre las diferentes partículas sean independientes unas de otras. Hay muchas maneras de garantizar independencia, y por tanto muchas maneras de implementar el test de Bell, y el BIG Bell Test lo hará usando las decisiones aleatorias de miles de personas.
The BIG Bell Test (Castellano) from ICFOnians on Vimeo.
Animamos a todos los profesores a hablar de algún aspecto del test de Bell en clase y, por supuesto, a contribuir mediante este videojuego (el día 30 tendremos la oportunidad de saber qué pasa con nuestros bits, a qué laboratorios llegan y qué tipo de medidas facilitan). Ponemos a su disposición las fichas didácticas que se pueden encontrar en la página web del equipo de divulgación y educación del ICFO.
Marta García Matos, forma parte del equipo de divulgación y educación del ICFO-Instituto de Ciencias Fotónicas.
Imágenes cortesía de Kaitos/ICFO
[1] El teorema es relativamente sencillo de seguir (una buena introducción se encuentra en el libro de Valerio Scarani “Quantum Physics: An encounter”, traducido en español por la UPC como “Física cuántica: Interferencias, correlaciones y realidad.”)