• Imprimeix

The BIG Bell Test o com desmuntar el principi de realisme local

El 30 de novembre del 2016 més de 100.000 persones d’arreu del món jugaven al videojoc The Big Bell Test, en el qual els jugadors havien d’aconseguir que una pitonissa digital no endevinés els números que introduïen amb el teclat. Amb la seva participació, van contribuir a un experiment científic que tenia per objectiu desentrellar una de les qüestions més profundes sobre la naturalesa última de la matèria. La prova, liderada per l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), conclou amb un rigor inèdit que el món físic és molt diferent del que indica el sentit comú.

26/06/2018 10:06
R139_CENT_TBBT

The Big Bell Test

Aquestes conclusions han acabat de desmuntar el principi de realisme local, un dels pilars fonamentals amb què s’havia construït el coneixement científic. D’acord amb aquest principi, els objectes físics tenen propietats definides i no es poden comunicar a velocitats superlumíniques. Però a principis del segle xx, quan es va començar a investigar el món de les partícules subatòmiques, es va comprovar que aquestes no es comportaven com els objectes que s’havien observat fins llavors.

Albert Einstein enfront de Niels Bohr

Aquesta interpretació va crear dos bàndols ben diferenciats entre els físics. El primer, encapçalat per Albert Einstein, que sostenia que les partícules no es podien comportar d’aquella manera tan extravagant i que la teoria de la física quàntica que les descrivia era incompleta. L’altre bàndol, liderat per Niels Bohr, defensava que la realitat no era tan lògica.

La teoria que defensava Einstein es coneix com a realisme local i és la teoria en què es basa la física clàssica. Postula que, si es coneguessin totes les variables dins d’un sistema tancat, sense influències externes, seria possible arribar a predir el comportament de qualsevol partícula individual del sistema, fos un àtom, un cos o un planeta, i que, si es produeix un efecte, és perquè alguna cosa del seu entorn l’ha causat.

Però aquesta hipòtesi no explica el comportament de la matèria a escala quàntica. Els físics quàntics havien observat que, per més que se separessin dues partícules que havien estat en contacte, quan s’actuava sobre una d’elles, l’altra experimentava un canvi de manera absolutament immediata, un fenomen anomenat entrellaçament. Segons la mecànica quàntica, a més, el simple fet d’observar una partícula per descobrir en quin estat es troba provoca que aquesta canviï i per tant que també ho faci el de la seva parella entrellaçada. Així doncs, les partícules no tenen propietats físiques ben definides i es poden comunicar entre elles per intercanviar informació a velocitats superiors a la de la llum.

Per aquesta raó, Bohr defensava que en el món quàntic les partícules es comporten de manera impredictible i que fins i tot coneixent totes les variables, com deia Einstein, no se’n pot predir el comportament perquè entren en joc factors externs i aleatoris.

El debat entre Einstein i Bohr va quedar restringit a una discussió teòrica fins a l’any 1964, quan el físic nord-irlandès John Bell va idear un experiment per dirimir la controvèrsia experimentalment.

El test de Bell

Bell va proposar separar dues partícules entrellaçades i mesurar els seus estats simultàniament. Si aquestes estaven relacionades, llavors les partícules havien de ser capaces d’influir-se mútuament a distància, més enllà de l’entorn local. Per descartar l’efecte de l’atzar, Bell va dissenyar una equació que permetia fer una anàlisi estadística a partir d’un gran nombre d’observacions. Això és el que es coneix com a test de Bell.

El test de Bell ha refutat el realisme local en repetides ocasions, però fins ara quedava un cap per lligar: els científics mesuraven les partícules segons sèries aleatòries generades per ordinador, o bé decidides pels mateixos investigadors, així que hi havia la possibilitat, encara que remota, que aquesta informació afectés d’alguna manera l’estat de les partícules, que fos una variable oculta que pogués determinar-ne el comportament, cosa que no permetria descartar el realisme local.

The BIG Bell Test

Per superar aquest escull, els investigadors de The BIG Bell Test, liderats per científics de l’ICFO, van decidir recórrer al lliure albir de milers de ments humanes de tot el planeta, que en teoria no tenen absolutament cap relació amb les partícules amb les quals els científics experimenten en els seus laboratoris.

Per aconseguir la participació de tantes persones es va decidir fer servir un videojoc que permetia captar moltes dades amb una activitat divertida que atreia més jugadors perquè juguessin més estona i ens donessin més dades.

100.000 internautes van jugar a un joc en línia en el qual havien d’introduir sèries d’uns i zeros al més ràpidament possible i tan aleatòriament com poguessin. D’aquesta manera es feia servir la impredictibilitat humana per condicionar experiments de física quàntica duts a terme durant la mateixa jornada a 12 laboratoris de diversos països en 13 experiments, on els investigadors els utilitzaven per determinar quines mesures efectuaven sobre les partícules entrellaçades.

Les aportacions dels participants es van traduir en el tipus de mesures que havien de fer en cada moment els investigadors sobre partícules com els electrons o els fotons. Si aquestes decisions es prenen fent servir aparells de laboratori, els experiments poden quedar condicionats. És per això que es necessitaven agents totalment externs a les proves per garantir que no s’hi havien introduït biaixos ni condicionaments.

El resultat d’aquesta participació massiva va produir més de 90 milions de bits en 12 hores. Una sola persona, treballant vuit hores al dia i cinc dies a la setmana, hauria trigat quatre anys a generar tal quantitat de dades.

Els bits es van destinar a experiments d’última generació a Brisbane, Xangai, Viena, Roma, Munic, Zuric, Niça, Barcelona, Buenos Aires, Concepción i Boulder (Colorado), on s’utilitzaven per establir els pols de polarització i altres elements de laboratori per determinar com s’havien mesurat les partícules entrellaçades.

Els resultats obtinguts difereixen de la cosmovisió d’Einstein, tanquen, per primer cop, la llacuna de la llibertat d’elecció i mostren diversos mètodes nous en l’estudi de l’entrellaçament i el realisme local.

 

C. Abellán et al., Challenging local realism with human choices,
Nature, 557, 212-216(2018). DOI: 10.1038/s41586-018-0085-3