Espectacular vídeo de redes de espines simuladas mediante gotas danzantes

En 2005 Yves Couder descubrió que el movimiento de pequeñas gotas milimétricas oscilando sobre la superficie vibrante de un líquido se describe mediante la teoría de la onda piloto de De Broglie–Bohm. Un conjunto de muchas gotas se comporta como una red de espines en interacción, es decir, un modelo físico análogo a materiales ferromagnéticos y antiferromagnéticos. Un espectacular vídeo ilustrando su comportamiento ha ganado el concurso de vídeos sobre física de fluidos (Gallery of Fluid Motion 2017). Una de las aplicaciones de los ordenadores cuánticos es la simulación de las correlaciones entre espines; ahora también se puede usar un análogo clásico para estudiarlos (en ciertos límites). Sin lugar a dudas un trabajo muy prometedor.

Me gustaría destacar que el primer autor es un joven español, Pedro J. Sáenz, ingeniero industrial formado en la Universidad de La Rioja, España. Desde 2015 está afincado en el MIT (EE.UU.), donde trabaja en el grupo de John Bush. Todavía no ha aparecido el artículo científico sobre el vídeo, P. J. Sáenz, G. Pucci, …, J. W. M. Bush, “Spin lattices of walking droplets,” Physical Review Fluids (2018), aunque ya está anunciado el 2017 APS/DFD Gallery of Fluid Motion Award Winner. Artículos previos son Pedro J. Sáenz, Tudor Cristea-Platon, John W. M. Bush, “Statistical projection effects in a hydrodynamic pilot-wave system,” Nature Physics 14: 315-319 (2018), doi: 10.1038/s41567-017-0003-x, y N. Sungar, L. D. Tambasco, …, J. W. M. Bush, “Hydrodynamic analog of particle trapping with the Talbot effect,” Phys. Rev. Fluids 2: 103602 (2017), doi: 10.1103/PhysRevFluids.2.103602. Más información divulgativa en Phoebe Sharp, “Liquid Droplets May Help Unravel the Secrets of Quantum Mechanics,” Physics Buzz, 27 Jul 2018.

El vídeo está muy bien explicado, así que recomiendo verlo cuanto antes. Solo quisiera recordarte que la analogía entre las gotas danzantes y la mecánica cuántica no es completa, pues hasta ahora nadie ha sido capaz de realizar experimentos de tipo Bell con ellas; en su caso, se habría logrado una teoría de variables ocultas subyacente a la mecánica cuántica (por ello la mayoría de los físicos pensamos que es imposible). Sin embargo, muchas correlaciones cuánticas entre espines tienen un origen puramente ondulatorio y se pueden describir mediante este análogo físico clásico.

La teoría de la onda piloto es un análogo fluidodinámico a la ecuación de Schrödinger de la mecánica cuántica; se separan la amplitud y la fase de la función de onda, interpretándose que ambas describen partículas clásicas que se mueven en los frentes de onda de la fase. Desde un punto de vista matemático la analogía es perfecta, por ello la teoría de la onda piloto se considera una interpretación de la mecánica cuántica. Aunque algunos físicos imaginan una teoría de variables ocultas oculta tras la teoría de la onda piloto, en rigor no hay ningún experimento físico concebible que diferencie entre la interpretación de Copenhague y la de la onda piloto. Hasta donde me consta, no se ha formulado de forma precisa un test de Bell usando la teoría de la onda piloto, pero el consenso entre los físicos es que se puede realizar sin problemas, mostrando que no se trata de una teoría de variables ocultas.

La red de gotas presenta correlaciones no locales debidas a la existencia del fluido vibratorio sobre el que oscilan levitando. Estas correlaciones no locales son análogas a las correlaciones cuánticas. Así la red de gotas puede describir redes de espines (pequeños imanes) con un patrón triangular, pentagonal o hexagonal. El momento angular de espín se simula con el momento angular de las gotas, que puede moverse en el sentido de las agujas del reloj o en sentido antihorario. La analogía no es del todo perfecta, sin embargo, se describen bien ciertas propiedades estadísticas de este análogo físico para materiales planos ferromagnéticos y antiferromagnéticos. Así lo indican los estudios con sistemas 1D (una ristra de gotas) ya publicado en Physical Review Fluids, aunque hay que esperar a la publicación del artículo científico con los detalles para cuantificar este “buen comportamiento” con redes 2D.

En resumen, un magnífico vídeo para promocionar un futuro artículo científico con la explicación y cuantificación de los resultados. Habrá que estar al tanto de su publicación. Aunque no hay que olvidar que los análogos físicos clásicos de sistemas cuánticos en materia condensada son muy útiles, pero no sustituyen a las simulaciones mediante ordenadores cuánticos (analógicos o digitales).



2 Comentarios

  1. Gracias a esta página por acercarnos la ciencia hasta nosotros por este gran medio llamado Internet. Un especial agradecimiento a su creador,Francisco R Villatoro, por su gran aportación y su modo de dibulgar la ciencia

  2. Estudiantes de física, aquí tienen un excelente tema de tesis: “en rigor no hay ningún experimento físico concebible que diferencie entre la interpretación de Copenhague y la de la onda piloto. Hasta donde me consta, no se ha formulado de forma precisa un test de Bell usando la teoría de la onda piloto”

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 3 agosto, 2018
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