Einstein no tenia raó: Déu sí que pot jugar als daus. The Big Bell Test.

El dimecres passat es va realitzar una activitat de física quàntica. Aquest experiment  realitzat a nivell mundial està  coordinat per l’institut de ciències Fotòniques de Barcelona. El test de Bell serveix per intentar descobrir si les partícules quàntiques estan entrellaçades de forma concreta i conspiren canviant la seva aparença només quan les mirem.

Durant 48 hores, des de l’inici del dia 30 de novembre a Nova Zelanda fins a la seva fi en la Samoa Americana, qualsevol persona amb accés a internet ha pogut participar en un experiment a gran escala, anomenat The BIG Bell Test, a través d’un videojoc . Segons dades de l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), que ha coordinat l’esdeveniment, en acabar l’experiment, més de 100.000 voluntaris havien jugat al videojoc i generat més de 90 milions de bits

Els resultats han servit  per investigar l’entrellaçament quàntic de les partícules, una propietat  discutida per Einstein i Bohr.

En el nostre centre els alumnes de 2n ESO van participar a través d’el videojoc per crear seqüències aleatòries, i contribuir a l’experiment , com si les partícules microscòpiques fossin joguines de la pel·lícula Toy Story que es belluguen quan no les veuen.

Els alumnes de 2n de BAT de física van explicar l’experiment als seus companys a l’assignatura d’anglès.

La participació ha estat finalment molt més gran a l’esperada.En tot el dia no hem baixat dels 1.000 bits per segon, i en tot moment hi havia 1.500 persones jugant

Tots aquests bits han servit per realitzar tests de Bell amb diferents tipus de entrellaçaments. A la Université Nice Sophia Antipolis, de Niça, França, els científics han testat fotons entrellaçats en un experiment que ha durat 24 hores, i en totes les rèpliques experimentals l’equació de Bell ha refutat el realisme local.

“Cap experiment serà capaç d’acabar amb tots els dubtes”, admet Abellán, “però cada vegada són més exòtics els arguments que algú hauria de donar per seguir creient en el realisme local”. Després de gairebé un segle, tot apunta que Bohr tenia raó.

http://www.ara.cat/societat/Einstein-tenia-Deu-jugar-daus_0_1697230305.html

Què tenen en comú el joc de pedra, paper, tisora, i la física quàntica? En tots dos, la impredictibilitat i l’aleatoritat són claus. En el popular joc, s’ha de ser imprevisible per guanyar el contrari. En física quàntica, aquesta mateixa impredictibilitat -la incapacitat per predir-ho tot- es contraposa a la física clàssica, que no deixa espai per a l’atzar.

Amb aquest paral·lelisme entre joc infantil i física començava ahir la jornada convocada per l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) al CosmoCaixa, on prop de 300 estudiants adolescents equipats amb mòbils van participar en un experiment històric per desmentir un Einstein que no creia en la imprevisibilitat i va desenvolupar la teoria del realisme local. Precisament, “Déu no juga als daus” és una de les frases més conegudes del geni. “Els professors ens han dit que és un experiment històric, i si podem ajudar la ciència doncs està molt bé”, afirmava Adrià Sánchez, alumne de l’Institut Anna Gironella de Mundet, a Barcelona. A la seva classe han aprofitat l’ocasió per treballar la física quàntica. “Activitats com aquesta ens ajuden a fer entendre conceptes complicats i a motivar”, expliquen Isabel Duran i Josep Banús, professors del centre.

En el món quàntic, el realisme local implica conceptes com la superposició -una cosa pot estar en dos estats, com el gat de Schrodinger, que està viu i mort al mateix temps fins que l’observador en modifica l’estat amb la seva mirada-, el no determinisme, la incertesa de Heisenberg i partícules entrellaçades a distància -fins i tot a quilòmetres-, de tal manera que el que es faci a una repercuteix en l’altra. “Estem acostumats que totes les interaccions siguin locals, i això viola la localitat de la física clàssica”, explicava als joves Carles Abellán, un dels científics organitzadors del gran experiment en què han participat 12 laboratoris de tot el món.

Bits imprevisibles

La proposta dels científics als milers de jugadors de tot el món que es van inscriure per participar en l’experiment -en necessitaven 30.000 i ahir al migdia ja havien superat els 70.000- consistia a aplicar el test de Bell, ideat per aquest científic als anys 60 per posar a prova l’existència del realisme local. Aquest test planteja que cal formular preguntes impredictibles a dues partícules entrellaçades per comprovar si totes dues responen de la mateixa manera i, per tant, estan realment entrellaçades.

Ahir aquestes preguntes es generaven jugant en una aplicació de mòbil creada per a l’ocasió, pitjant 0 i 1 frenèticament i a l’atzar per avançar en un videojoc. Els bits generats pels participants es distribuïen als 12 experiments repartits pel món, tots amb diferents partícules elementals en condicions experimentals també diferents.

Per exemple, des del CosmoCaixa es va connectar en directe amb laboratoris de la Xina, França i amb l’ICFO de Castelldefels, on els científics anaven rebent els bits que generaven els participants i que interactuaven amb partícules entrellaçades i distants, però també sota diferents variables afegides a cada laboratori. L’experiment consistia a observar com l’impacte d’un bit determinat sobre una partícula tenia un efecte idèntic a la partícula entrellaçada, malgrat l’atzar i les moltes altres variables.

Experiments anteriors ja han demostrat que, efectivament, el que Einstein no va acceptar és possible. Investigadors de l’ICFO van desenvolupar un “dau quàntic” per a un experiment que es va dur a terme amb la Universitat de Delft, a Holanda. Van comprovar l’entrellaçament de dos electrons dins de dos diamants situats en dos edificis separats per 1,3 quilòmetres. Era impossible que els electrons “acordessin” les variables imprevisibles.

http://www.lavanguardia.com/ciencia/fisica-espacio/20161201/412329548914/impredecibilidad-humana-bohr-einstein-big-bell-test.html

A principios del siglo pasado, dos de las mentes más brillantes de la física se situaron en posiciones encontradas en un debate sobre la mecánica cuántica que todavía no está del todo cerrado. Ayer los datos generados gracias a más de 100.000 voluntarios de todo el mundo alimentaron experimentos internacionales cuyos resultados demuestran que Niels Bohr tenía razón y que Albert Einstein estaba equivocado.

Implicación global

Durante 48 horas, desde el inicio del día 30 de noviembre en Nueva Zelanda hasta su fin en la Samoa Americana, cualquier persona con acceso a internet ha podido participar en un experimento a gran escala, llamado The BIG Bell Test, a través de un videojuego. Según datos del Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), que ha coordinado el acontecimiento, al terminar el experimento, más de 100.000 voluntarios habían jugado al videojuego y generado más de 90 millones de bits. Estos bits se han utilizado en doce laboratorios de todo el mundo en experimentos que abordan desde principios básicos sobre la física cuántica hasta su aplicación en tecnologías de comunicación.

The BIG Bell Test reunió ayer en Cosmocaixa, en Barcelona, a más de 300 personas, en un evento organizado por el ICFO y presentado por el divulgador científico Dani Jiménez. Investigadores del ICFO explicaron al público en qué iban a consistir los experimentos, y conectaron en directo con laboratorios de Francia, Alemania, China y del propio ICFO, en Castelldefels. Los asistentes pudieron ver cómo los científicos de esos laboratorios utilizaban sus bits en tiempo real.

Con una caja que encerraba una luminosa reacción química explicaron el realismo local Marta García Matos, del ICFO, y Dani Jiménez
Con una caja que encerraba una luminosa reacción química explicaron el realismo local Marta García Matos, del ICFO, y Dani Jiménez (ICFO)

Un debate de casi un siglo

El motivo del desacuerdo entre Bohr y Einstein era la teoría de física clásica llamada realismo local. Según esta teoría, defendida por Einstein, si se conocieran todas las interacciones dentro de un sistema cerrado, sin influencias externas, sería posible llegar a predecir el comportamiento de cualquier partícula individual del sistema, ya fuera éste un átomo, una caja o un planeta. Einstein admitía, no obstante, que conocer absolutamente todas las interacciones era una tarea imposible.

Bohr sostenía en cambio que, aun teniendo toda esa información, el comportamiento de las partículas seguiría siendo impredecible. Que aun teniendo controladas todas las influencias a nivel local, podría haber factores externos aleatorios que afectasen a las partículas estudiadas.

Niels Bohr y Albert Einstein, en uno de sus encuentros, probablemente en 1925
Niels Bohr y Albert Einstein, en uno de sus encuentros, probablemente en 1925 (Paul Ehrenfest)

Zanjar la controversia

La controversia se estancó hasta que en 1964 el físico norirlandés John Bell ideó un experimento para zanjarla. En el mundo de la física cuántica, dos partículas se pueden entrelazar para que el estado de una dependa del de la otra, incluso si se separan a kilómetros de distancia. Dicho de otra forma, las partículas comparten una información que puede viajar a una velocidad mayor que la de la luz. Según la teoría defendida por Bohr, además, el mero hecho de observar una partícula para descubrir en qué estado se encuentra hace que éste cambie y por consiguiente también el de su pareja entrelazada.

John Bell propuso separar dos partículas entrelazadas y medir sus estados simultáneamente; si éstos estaban relacionados, entonces las partículas debían estar entrelazadas. Para descartar el efecto del azar, Bell diseñó una ecuación que permitía hacer un análisis estadístico a partir de un gran número de observaciones. De esta forma nació lo que se conoce como test de Bell.

¿De qué sirve tener voluntarios humanos?

Este experimento se ha repetido numerosas veces desde entonces, y la mayoría ya habían descartado el realismo local, pero hasta ahora siempre había quedado un eslabón abierto: las mediciones sobre las partículas se realizaban según series aleatorias generadas por ordenador. Carlos Abellán, estudiante de doctorado del ICFO que participó en la jornada de ayer, explica a Big Vang que faltaba generar preguntas totalmente imprevisibles para las partículas con algo que no fuera un aparato físico. “Es un test fundamental”, declara Abellán, “y por lo tanto tenemos que ser tan paranoicos como sea posible. Si la información se genera en el mismo laboratorio y le afectan los mismos factores físicos que a la partícula, entonces es accesible a la partícula. Debemos asumir que ésta podría tenerla y hacernos creer en unos resultados erróneos”.

Mapa mundial del número de visitas de ayer a la web de The BIG Bell Test, desde la cual se podía jugar al videojuego
Mapa mundial del número de visitas de ayer a la web de The BIG Bell Test, desde la cual se podía jugar al videojuego (ICFO)

Es ahí donde entra en juego la mente humana, que según los científicos podemos suponer que es imprevisible desde el punto de vista de las partículas. “Si tengo que sospechar que la partícula está leyendo mi mente o diciéndome qué tengo que hacer, estoy completamente perdido”, afirma Morgan Mitchell, investigador del ICFO. No obstante, la mente humana es mucho más lenta que un ordenador, y los experimentos de física cuántica necesitan un número enorme de mediciones. Para garantizar un número suficiente de voluntarios, los investigadores pensaron en desarrollar “una interfaz más atractiva”, explica Mitchell, y así tuvieron la idea de diseñar un videojuego.

Los primeros resultados

La participación ha sido finalmente mucho mayor a la esperada. “Lo más crítico es que se generasen suficientes bits en tiempo real, y lo de ayer fue increíble”, valora Abellán. “En todo el día no hemos bajado de los 1.000 bits por segundo, y en todo momento había 1.500 personas jugando”. Todos esos bits han servido para realizar tests de Bell con distintos tipos de entrelazamientos. En la Université Nice Sophia Antipolis, de Niza, Francia, los científicos han testado fotones entrelazados en un experimento que ha durado 24 horas, y en todas las réplicas experimentales la ecuación de Bell ha refutado el realismo local.

Investigadores de la Université Nice durante la guardia nocturna de su experimento de Bell
Investigadores de la Université Nice durante la guardia nocturna de su experimento de Bell (LPMC_QILM/Université Nice)

“Ningún experimento va a ser capaz de acabar con todas las dudas”, admite Abellán, “pero cada vez son más exóticos los argumentos que alguien debería dar para seguir creyendo en el realismo local”. Después de casi un siglo, todo apunta a que Bohr tenía razón.