RENDIJAS por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico de número

Preciosa denominación la asignada a la abertura estrecha y alargada entre dos cosas o partes de la misma cosa frecuentes en muchos materiales. No desvela del todo lo que está oculto, pero lo insinúa, lo deja entreabierto y es el cerebro el que tiene que responder con menos información que la habitual para configurar lo que la a percepción visual le suministra. Una rendija, muchas veces es la esperanza de llegar a alguna parte o escapar de algún confinamiento, voluntario u obligado.

Pero si el término es bello, en el ámbito científico lo supera. En 1801 Thomas Young realizó el experimento de la doble rendija, con el que comprobó la naturaleza ondulatoria de la radiación (luz) al difractarse por dos rejillas. Hasta ese momento prevaleció la interpretación corpuscular de Newton, según la cual la luz eran partículas que se propagaban en línea recta. Al acumular hechos experimentales enmarcados en ambas teorías, corpuscular y ondulatoria, se acabó aceptando la interpretación dual de ambas para la radiación,  a comienzos del siglo XX, que posteriormente se extendería a todas las partículas microscópicas, electrones, protones, neutrones, etc. Los patrones de interferencia que se producen son inequívocos para la interpretación ondulatoria.

Originalmente, Young, en una sesión de la Royal Society utilizó un haz estrecho que penetraba en una cámara y que resultaba dividido por una tarjeta que situaba a la entrada de aquella que tenía un espesor de 0,2 milímetros y situada paralela al haz de luz incidente que tenía una anchura algo superior a esa anchura de la tarjeta. Cuando la posición de la tarjeta era apropiada, dividía el haz en dos que pasaban por ambas partes de la tarjeta y al proyectar e resultado en una pared de un recinto oscurecido se observaba un patrón de interferencias producido por ambos haces tras ser divididos por la tarjeta y esto ponía en evidencia la naturaleza ondulatoria de la luz

Modernamente el experimento se ha mejorado sensiblemente incorporando dos rejillas, en lugar de una, como proponía Young. La consecuencia es que a incidir la luz y pasar por dos rendijas y proyectarse sobre una pantalla posterior que incluye una placa fotográfica, se registra la interferencia. Cuando una de las rejillas se cubre, solo se registra un pico, procedente de la rejilla que queda abierta, pero si ambas están abiertas en lugar de la imagen ser una superposición de las que se obtienen para cada rendija por separado, se obtiene una imagen con zonas oscuras y otras brillantes. Son las interferencias constructivas y destructivas en función de la coincidencia o situación opuesta de las fases de ambas ondas. Lo mismo que ocurre con las ondas de la superficie del mar o propagándose a través de cualquier medio material. El resultado es cretas y valles producidos por la interferencia.

Pero el experimento da más de sí. La descripción cuántica de la materia concibe una descripción de una onda física, con sus valles y crestas indicando niveles de probabilidad de que acontezcan los fenómenos que se estudian. Así pues, se trata de interpretar que hay una onda de probabilidad que se mueve en el espacio, al depender del tiempo cuantitativamente. No hay una ubicación concreta de ninguna partícula y hay que detectarlo para poder concretar la ubicación. Un patrón de interferencia consiste en que se emitan partículas que acceden a la pantalla de registro, por caminos diferentes. En los experimentos se abstienen de observar nada desde la emisión hasta la llegada a la pantalla de registro. Se registra el resultado final que es la interferencia.

La paradoja surge cuando Feynman desarrolla una interpretación teórica del experimento de Young. Si la fuente de luz lanza fotones individuales, uno a uno, se sigue produciendo la interferencia que detectó Young. Si una de las rendijas se cubre, los fotones deberían solamente producir un pico en el registro, mientras que si las dos están abiertas, se debería producir la interferencia con esas zonas brillantes y oscuras. En la pantalla se registra la llegada de la misma cantidad de energía. No es nada fácil entender cómo es posible que se produzca la interferencia cuando solamente llega un fotón. En el marco de la Mecánica Cuántica se postula que son las ondas de probabilidad las que determinan la probabilidad de encontrar en cada punto del espacio a la partícula y son estas ondas las que producen la interferencia. Finalmente, si pretendemos detectar por que rendija ha pasado el fotón, se destruye la imagen de interferencia, colapsa la función de onda, en la interpretación de Copenhague de la Mecánica Cuántica. La observación de la realidad colapsa la función de onda.

La condición para que se produzca la interferencia es que las ondas producidas en la difracción que provoca la rendija deben ser coherentes, es decir que mantengan la misma fase y que se mantenga en el tiempo la diferencia de fase entre los dos haces y que sus polarizaciones no sean perpendiculares y que, finalmente, las dos rendijas se han de situar como mucho a una distancia de unas 1000 veces la longitud de onda del haz incidente y que la anchura de las rendijas sea menor que la longitud de onda

Recientemente, Shina, del Instituto de investigación Raman en Bangalore, ha llevado a cabo el experimento, con tres rendijas en lugar de dos. El principio de superposición que permite interpretar que las partículas se encuentran en diversos estados al mismo tiempo, ahora permite construir qutrits en lugar de qubits que tiene importantes consecuencias para la computación cuántica, que pretende disponer de gran cantidad de estados para llevar a cabo los cálculos de manera mucho más eficiente y rápida, como exigen determinados grandes problemas a resolver que hoy todavía no se pueden abordar por falta de capacidad y rapidez en las operaciones. La computación cuántica no es una conjetura, solo necesita de sistemas físicos capaces de realizar las operaciones con la seguridad y estabilidad que requieren los cálculos y las operaciones computacionales. El experimento de la triple rendija no vuelve a poner frente al espejo en el que visualizamos las propiedades básicas de la materia que desde sus entrañas más recónditas colabora para el avance científico. No hay innovación más potencial que la que la luz sigue ofreciendo más de doscientos años después de que nos sorprendiera con sus inextricables propiedades. El camino es largo, pero promete ser fructífero.