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¿Está regido el mundo subatómico por leyes distintas a las del mundo macro o las mismas leyes son percibidas distintas en ambos mundos? Un nuevo experimento con átomos de cesio sugiere que la observación elimina la superposición en el mundo macro




Por Glenys Álvarez

Imagina que lances una bola de papel a la papelera y que obtengas dos resultados distintos: una bola de papel está ahora dentro de la papelera, pero la misma bola también se encuentra fuera de ella. No estamos acostumbrados a este tipo de resultados en nuestro mundo de física clásica, pero es lo que ocurre en la cuántica todo el tiempo. La física aún no sabe con precisión si en el mundo real eliminamos de nuestra percepción los demás resultados cuánticos o si ambos mundos reaccionan a reglas distintas. Precisamente, en esta ocasión un equipo de investigadores de las universidades de Bonn en Alemania y Hull en el Reino Unido, ha hecho un experimento observando esta rareza conocida como superposición. El grupo usó átomos de cesio y observaron de forma indirecta que uno toma dos trayectorias simultáneamente.

La cuántica nos habla de una perspectiva distinta que no somos capaces de percibir con los sentidos que poseemos. Científicos como Heisenberg y Schrödinger, para nombrar sólo un par, vienen relatando esta interesante y cuántica historia desde hace décadas (creo que con el segundo comenzó el gusto por los gatos para estos experimentos) una historia que Einstein tampoco supo interpretar correctamente ya que es distinto del mundo de la también extraña física 'clásica'.

Por lo tanto en nuestra realidad, la bola de papel que lanzamos a la papelera cae dentro de ella o no, las dos cosas no ocurren al mismo tiempo como en la superposición cuántica. Como lo expuso el doctor Andrea Alberti del Instituto de Física Aplicada en Bonn, existen dos diferentes interpretaciones para este gran tema, o somos distintos de la cuántica o simplemente producimos un mundo macro con las mismas reglas subatómicas.

“La mecánica cuántica permite estados de superposición de objetos grandes y macroscópicos. Pero estos estados son muy frágiles, incluso seguir la pelota con los ojos es suficiente para destruir la superposición y hacer que siga una trayectoria definida”.

Eso es algo realmente extraño, que la simple observación de un proceso lo selle en una trayectoria específica y no en otra; nos hace pensar sobre multiversos y mundos paralelos. No obstante, es una de las claves en los experimentos teóricos de Schrödinger con su gato en una caja, una vez observamos lo que ocurre, sellamos un resultado y erradicamos el otro. Como dijimos anteriormente, no todos piensan igual, algunos aseguran dentro de una teoría macrorrealista, que los elementos en el mundo macro obedecen leyes físicas distintas a las del mundo subatómico.

"El reto era desarrollar un esquema de medición de las posiciones de los átomos que nos permitiera falsificar teorías macrorrealistas", añadió Alberti.

Los resultados del experimento concluyen que durante la superposición, la observación del resultado erradica uno de los caminos, es decir, la observación sella uno de los resultados eliminando el otro. Para elaborar el experimento, los investigadores agarraron un átomo de cesio con una pinzas ópticas y lo arrojaron en dos direcciones distintas y opuestas, tirando del átomo en el proceso. En el mundo macro, el objeto llegaría a sólo una posición final, en el cuántico, sin embargo, los átomos tomaron dos distintas y de forma simultánea. El experimento mostró precisamente eso, el átomo se superpuso en dos lugares al mismo tiempo.

“Lo que hemos hecho es determinar de la forma más sutil posible la posición final del átomo a través de medidas indirectas", explica Carsten Robens, uno de los miembros del equipo.

De hecho, la imagen indica que hasta tales mediciones indirectas pueden modificar significativamente el resultado de los experimentos. Supongamos que tenemos dos contenedores y un gato (otra vez) "está escondido debajo de uno (a) pero no sabemos cuál, ahora bien, si levantamos tímidamente el que está a la derecha (b) y lo encontramos vacío, llegaremos a la conclusión de que el gato está en el otro que no hemos tocado. Ahora bien, si en vez del derecho levantamos el izquierdo, habríamos molestado al gato (c) y tendríamos que desechar la medida. En el mundo macrorrealista, este esquema de medición no tendría influencia alguna sobre el estado del gato, pero en el mundo cuántico hasta una medida negativa que revele la posición del gato, como en (b), ya sería suficiente para destruir la superposición cuántica e influir en el resultado del experimento. Los físicos de Bonn han observado exactamente este efecto", escribieron los investigadores.

“Esta observación excluye o falsifica, como lo expondría Karl Popper, la posibilidad de que los átomos de cesio sigan una teoría macrorrealista. En su lugar, los resultados experimentales se adaptan bien a una interpretación basada en estados de superposición que se destruyen cuando se produce la medición indirecta. Todo lo que podemos hacer es aceptar que el átomo ha tomado diferentes caminos de forma simultánea”.

Los científicos son cautos en hacer afirmaciones hasta elaborar más confirmaciones del evento.

"El siguiente paso es separar las dos posiciones del átomo de cesio varios milímetros. Si nuevamente encontramos la superposición, la teoría macrorrealista sufriría un nuevo revés”, explica Alberti.


Crédito de imagen: Andrea Alberti / www.warrenphotographic.co.uk
Puedes leer el artículo en inglés aquí: https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.5.011003

De acuerdo con un nuevo estudio internacional, doce genes involucrados en la red de la dopamina en el cerebro tienen que ver con tus apuestas



Por Glenys Álvarez

Cuando entres al casino, recuerda tus genes y la dopamina. Es que un nuevo estudio ha encontrado que las estrategias y decisiones que tomes en tus apuestas están determinadas por los genes que rigen ese neurotransmisor. Los investigadores afirman que los inversionistas y jugadores deben tomar nota sobre el asunto, sin embargo, para los científicos es mucho más importante las implicaciones en enfermedades mentales como la esquizofrenia.

“Cuando la gente habla sobre la disfunción de la dopamina, la esquizofrenia es una de las primeras enfermedades que viene a la mente”, dijo Ming Hsu, autor principal, señalando que la enfermedad implica un patrón muy complejo de los déficits sociales y la toma de decisiones. “Si entendemos mejor las interacciones sociales ubicuas en entornos estratégicos, posiblemente entendamos mejor cómo caracterizar y, finalmente, tratar los déficits sociales que son síntomas de enfermedades como la esquizofrenia”.

A ver, comencemos explicando la dopamina, una sustancia química liberada por las neuronas en el cerebro que es clave en la obtención de recompensas y placer. Se sabe que las personas con deficiencia de dopamina tienden a desarrollar la enfermedad de Parkinson, también se conoce que si se interrumpe el sistema de red que se encarga de distribuir este importante neurotransmisor, pueden aparecer numerosos trastornos psiquiátricos y neurodegenerativos, como la ya mencionada esquizofrenia, la depresión y la demencia. Otros estudios ya han demostrado que la dopamina tiene un importante papel en el establecimiento de las relaciones sociales y sabemos bien que el humano de social tiene más que mucho.

El análisis actual se realizó en las universidades Nacional de Singapur, California en Berkeley e Illinois en Urbana-Champaign, y es el primer estudio en vincular las interacciones sociales con genes específicos que rigen el funcionamiento del neurotransmisor.

Ahora expliquemos la otra parte. Ya es conocido, gracias a otros estudios de imágenes cerebrales y sus confirmaciones, que cuando las personas compiten, dos tipos de procesos de aprendizaje ocurren:

– Aprendizaje por refuerzo: aprender puramente de las consecuencias de nuestras acciones.
– Aprendizaje por creencias: la gente intenta hacer un modelo de los demás jugadores con el fin de anticiparse y responder a sus acciones.

Más aún, Hsu estableció hace dos años que cuando la gente se involucra en interacciones sociales competitivas, como los juegos de apuestas, dos áreas del cerebro están involucradas directamente: (a) la corteza medial prefrontal, que es la parte ejecutiva del cerebro, y (b) el cuerpo estriado, que se encarga de la motivación y es crucial en el aprendizaje para la adquisición de recompensas.

“Si piensas en el cerebro como una máquina de computación, estas son áreas que toman los estímulos de entrada, los convierten a través de un algoritmo y los traducen en resultados de conductas de salida”, dijo Hsu. “Lo que es realmente interesante es que ambas áreas están enlazadas por las neuronas que utilizan la dopamina”.

Pues bien, los equipos querían determinar cuáles genes están implicados en la regulación de las concentraciones de dopamina en estas áreas del cerebro que fueron asociadas con el pensamiento estratégico. Para ello utilizaron 217 estudiantes de la Universidad Nacional de Singapur cuyos genomas fueron analizados en busca de unas 700,000 variantes genéticas. Los investigadores se centraron en sólo 143 variantes dentro de los 12 genes implicados en la regulación de la dopamina; entre estos doce, algunos estaban involucrados, principalmente, en la regulación de la dopamina en la corteza prefrontal, mientras que otros la regulan en el cuerpo estriado.

Los voluntarios jugaban un juego que se usa comúnmente en estas investigaciones sociales donde una persona apuesta, a través del ordenador, con un oponente anónimo. Y allí encontraron una gran e importante diferencia. Los equipos usaron un modelo matemático para medir la función cerebral durante el juego de competencia y correlacionaron ambos aprendizajes, refuerzo y creencias, con diferentes variantes o mutaciones de los doce genes relacionados con la dopamina.

Los resultados indican que cuando tomas una decisión basada en el aprendizaje por creencias, es decir, imaginas lo que piensa tu competidor y respondes estratégicamente a lo que crees, las variaciones en tres genes en la corteza prefrontal medial asociadas con la dopamina toman parte en el proceso. Sin embargo, el aprendizaje por refuerzo y consecuencias, como cuando rápidamente olvidas las experiencias pasadas y cambias de estrategia, fue asociado con las variantes en dos genes que afectan principalmente la dopamina del estriado.

“Este estudio muestra nuevamente que los genes influyen en el comportamiento social complejo, en este caso el comportamiento estratégico”, dijo Hsu, profesor en Berkeley. “Ahora tenemos algunas pistas sobre los mecanismos neuronales a través del cual nuestros genes afectan el comportamiento”.

Hsu está colaborando con otros científicos para correlacionar los 'logros' con los 'genes' y ver qué regiones del cerebro y cuáles aprendizaje son los más importantes para los distintos tipos de éxito en la vida.