Las veces que las partículas cuánticas volaron nuestras mentes

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(Crédito de la imagen: NASA)
El pequeño mundo hizo cosas muy importantes este año. Desde extrañas situaciones de gato de Schrödinger hasta misterios del agua y partículas de apariencia imposible que vuelan desde el hielo antártico, la física de partículas demostró que hay muchas incógnitas en el universo para que exploremos. Aquí están las 18 historias más impresionantes de mecánica cuántica y física de partículas de alta energía de 2018.

Los datos cuánticos se volvieron más densos que nunca




Ilustración de enredo cuántico.
(Crédito de la imagen: MARK GARLICK / BIBLIOTECA DE FOTOS DE CIENCIA / Getty)
Para construir computadoras cuánticas, los científicos primero tendrán que descubrir cómo manipular y almacenar de manera efectiva la información con objetos cuánticos.  Los investigadores alcanzaron un hito en ese esfuerzo, empaquetando 18 qubits de información cuántica en solo seis fotones , un nuevo récord.

El termómetro fue Schrödinger




El gato de Schrödinger
(Crédito de la imagen: Shutterstock)
En nuestro mundo, la temperatura es solo una cosa. Si un congelador está lo suficientemente frío como para producir hielo, el agua que coloque dentro debe congelarse. Pero la mecánica cuántica permite que los objetos existan en la incertidumbre entre múltiples estados, en cierto sentido, que sean más de una cosa al mismo tiempo, al igual que el gato de Schrödinger está vivo y muerto en su experimento mental. Y en 2018, aprendimos que esto también se aplica a la temperatura . Los objetos cuánticos pueden, desde cierto punto de vista, ser calientes y fríos al mismo tiempo.

La luz perdió la noción del tiempo




(Crédito de la imagen: Shutterstock)
Se supone que el tiempo fluye en una dirección, siguiendo el camino establecido por la causalidad. Una bola de boliche rueda por un carril y golpea un alfiler, por lo que el alfiler cae. La caída del alfiler no hace que la bola ruede por el carril y golpee contra ella. Pero en el reino cuántico, las cosas son más confusas. Un equipo de científicos en 2018 envió un fotón en un viaje, uno que debería haberlo tomado por la ruta A y luego la ruta B, o la ruta B y luego la ruta A. Pero gracias a la forma suelto de los objetos cuánticos funcionan, ese fotón no funcionó No sigas un camino antes que el otro . Los siguió a los dos, sin molestarse en elegir un pedido.
En teoría, la física cuántica debería funcionar para objetos de cualquier tamaño. Pero muchos investigadores creen que la vida podría ser demasiado complicada para que surja cualquier tipo de efectos cuánticos significativos. Pero un experimento realizado en 2016 parecía mostrar a las bacterias interactuando mecánicamente cuánticamente con la luz de una manera muy limitada y sutil. En 2018, otro grupo de investigadores regresó y observó ese experimento y descubrió que algo más profundo y extraño podría haber estado sucediendo, lo que nos obligó a reevaluar la vida y el mundo cuántico .


Una pequeña pesa giró muy, muy rápido




(Crédito de la imagen: Tongcang Li / Purdue University)

A veces, cuando tienes un juguete nuevo, tienes que sacarlo para darle una vuelta. Eso es lo que hicieron los científicos con esferas conjuntas de sílice este año, "nanodumbbells" de solo 0.000012 pulgadas (320 nanómetros) de largo y aproximadamente 0.000007 pulgadas de ancho (170 nm). Usando láser, lanzaron esas pesas a velocidades de rotación de 60 mil millones de remolinos por minuto .

El agua reveló su Jekyll y Hyde




(Crédito de la imagen: Shutterstock)
En realidad no hay un solo tipo de molécula de agua, un quantum - experimento de física reveló este año . En cambio, hay dos. Ambos están formados por dos átomos de hidrógeno que sobresalen de un gran átomo de oxígeno, H2O. Pero en un tipo de agua, llamada "orto-agua", esos átomos de hidrógeno tienen "espines" cuánticos que apuntan en la misma dirección. En otro tipo de agua, llamada "para-agua", esos giros apuntan en direcciones opuestas.

Einstein demostró tener razón una vez más




Retrato de Albert Einstein
(Crédito de la imagen: Biblioteca del Congreso)
Un equipo de científicos suizos ha realizado una prueba masiva de una de las paradojas más extrañas de la mecánica cuántica , un gran ejemplo del tipo de comportamiento que Albert Einstein llamó escépticamente "acción espeluznante a distancia". Utilizando un grupo súper enfriado de casi 600 átomos, demostraron que el entrelazamiento aún funciona incluso a escalas muy grandes (hablando de mecánica cuántica).

20 qubits se enredaron




imagen de computadora cuántica
(Crédito de la imagen: IQOQI Innsbruck / Harald Ritsch)
Los Qubits son la unidad fundamental de información en las computadoras cuánticas, y hacer que las computadoras cuánticas funcionen implicará enredarlas entre sí. En 2018, un experimento logró enredar 20 de qubits juntos y hacerlos hablar entre ellos , luego leyó la información que contenían. El resultado fue una especie de prototipo de memoria a corto plazo para un sistema informático cuántico.

El radar cuántico se acerca a convertirse en realidad




Este bombardero sigiloso, el B-2 Spirit, arroja bombas de 500 libras durante una demostración de potencia de fuego de la Fuerza Aérea de EE. UU.
(Crédito de la imagen: Ethan Miller / Getty)
El radar militar funciona haciendo rebotar las ondas de radio de los objetos que vuelan por el cielo. Pero en regiones cercanas al polo norte magnético de la Tierra, esas señales pueden codificarse. Y hay aviones sigilosos diseñados para evitar rebotar las ondas de radar en su origen. En 2018, Canadá avanzó en un radar cuántico que rebotaría los fotones de luz de los aviones entrantes, después de enredar esos fotones con otros fotones lejos, en la base del radar. El sistema de radar cuántico estudiaría fotones en la base para ver si sus patrones enredados estaban siendo manipulados por tecnologías cuánticas .

La aleatoriedad cuántica se volvió un poco más democrática




luces de discoteca al azar
(Crédito de la imagen: Shutterstock)
La aleatoriedad es extremadamente importante para la ciberseguridad. Pero la verdadera aleatoriedad, que es físicamente imposible de predecir, es sorprendentemente difícil de conseguir. Una de las pocas fuentes de aleatoriedad en el mundo es el reino cuántico, que es inaccesible para la mayoría de nosotros. Pero eso cambió en 2018, cuando los científicos crearon una " baliza " de aleatoriedad en línea , una fuente pública de cadenas aleatorias de números a las que cualquiera puede acceder. Desde entonces, han hecho que esa fuente sea más compleja y útil, y pronto habrá más fuentes de aleatoriedad pública.




Einstein was also proved wrong




(Image credit: Shutterstock)
Einstein creía en una idea llamada "realismo local", lo que significa que los objetos tienen propiedades específicas tanto si se observan esos rasgos como si no, y que la información sobre esos rasgos no puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. Una prueba de enorme llevado a cabo en 2018 , aunque , mostró una vez más que Einstein estaba equivocado acerca de esto . En el experimento, las partículas enredadas parecían "elegir" estados coincidentes más rápido de lo que la luz podría haber transferido información entre ellos. Esto introduce dos escenarios alucinantes: o nuestras observaciones del mundo realmente lo cambian, o las partículas se comunican entre sí de una manera que no podemos ver ni influir. "O posiblemente ambos", dijo un investigador previamente a Live Science.

El skyrmion finalmente explicó la bola de relámpagos




Una ilustración de 1901 representa un rayo de pelota.
(Crédito de la imagen: dominio público)
Durante siglos, informes creíbles han descrito el "rayo de bola", un fenómeno extraño donde la iluminación parece persistir como una esfera que vuela por el espacio. Pero los físicos nunca han podido estudiar este fenómeno ni explicarlo. Una nueva investigación sugiere que el efecto podría ser el resultado de "skyrmions", grupos estrechamente agrupados de campos magnéticos unidos como anillos entrelazados. Por primera vez en 2018, los científicos informaron que generaron un verdadero skyrmion en un laboratorio , y su perfil magnético coincidió con las predicciones para el sistema magnético necesario para contener los rayos de bolas.

Un quinto estado de la materia en el espacio.




(Crédito de la imagen: NASA)
Probablemente haya oído hablar de al menos tres estados de la materia: sólido, líquido y gaseoso. El plasma es el otro más grande. Pero hay al menos uno más: el condensado de Bose-Einstein, un estado en el que los átomos súper enfriados se agrupan y exhiben actividad cuántica en escalas inusualmente grandes. Los investigadores han fabricado condensados ​​de Bose-Einstein en la Tierra anteriormente, pero por primera vez en 2018, la NASA lo hizo en el espacio exterior , en un laboratorio orbital a bordo de la Estación Espacial Internacional.

Un "reloj" superrápido midió un electrón en acción




(Crédito de la imagen: Terry Anderson / SLAC National Accelerator Laboratory)
Los electrones se mueven tan rápido que, en circunstancias normales, los investigadores no pueden encontrarlos en un lugar específico del espacio. Pero en 2018, los investigadores encendieron un dispositivo llamado " attoclock " que dispara electrones con explosiones extraordinariamente rápidas de luz láser, dejándolos fuera de sus átomos anfitriones. El attoclock sabe exactamente cuándo dispara sus ráfagas de luz láser, y mide con precisión dónde aterrizan los átomos después de volar al espacio. Usando esa información, pueden averiguar dónde estaba el electrón en su órbita alrededor del núcleo en el momento en que fue golpeado.



(Crédito de la imagen: CERN)
Los científicos aún no lo han encontrado, pero creen que hay una especie de partícula llamada "leptoquark" que se une con dos tipos fundamentales de partículas, el leptón y el quark. No lo encontraron en 2018, pero publicaron resultados este año que reducen su naturaleza aún más que nunca, acercando mucho más el descubrimiento real (si está disponible).

Los rayos cósmicos dispararon hacia arriba desde el hielo de la Antártida




A team recovers NASA's Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA) after a successful flight.
(Crédito de la imagen: División Antártica Australiana)
En circunstancias normales, los rayos cósmicos chocan contra la Tierra desde el espacio exterior. Pero en 2018, los investigadores mostraron que al menos algunos parecían estallar también en la Antártida. Los científicos no saben qué está causando esta lluvia cósmica ascendente, pero la mejor explicación es que hay alguna partícula de alta energía previamente desconocida, y está penetrando por toda la Tierra y saliendo por el otro lado [CK].

Un neutrino de alta energía finalmente nos dijo de dónde vino




An artist's illustration shows the supermassive black hole at the center of a blazar galaxy emitting its stream of energetic particles toward Earth.
(Crédito de la imagen: DESY, Science Communication Lab)
En circunstancias normales, los neutrinos de alta energía son misterios cósmicos. Son partículas fantasmales, detectables solo en circunstancias limitadas, y sabemos muy poco acerca de su fuente final. Pero en 2018, un neutrino de 4 mil millones de años se estrelló contra un átomo en un bloque de hielo en la Antártida y abandonó los productos . Los investigadores apuntaron telescopios en todo el planeta en la dirección de donde provenía el neutrino, y revelaron su origen. Resultó que un blazar fulgurante, un agujero negro con una galaxia envuelta alrededor, disparaba rayos gamma a la Tierra al mismo tiempo y desde la misma dirección en que emergió ese neutrino. Fue la primera cacería exitosa de la casa de un neutrino.

Es posible que hayamos vislumbrado un nuevo tipo de neutrino




IceCube Neutrino Observatory
(Crédito de la imagen: Cortesía del Observatorio de Neutrinos IceCube)
Algo está sucediendo en el universo que hace que algunos de los experimentos de física más avanzados de la humanidad se contradigan entre sí. Algunos parecen estar detectando un cuarto "sabor" de neutrino, mientras que otros no pueden verlo en absoluto. En este momento, no hay una explicación firme para la discrepancia, pero en 2018, surgieron muchos más datos y los científicos sugieren que podría ser algo sorprendente : un neutrino "estéril" nunca antes detectado, que podría llenar algunos vacíos. en física moderna

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