El gato de Schrödinger es un virus

Si hay un eterno tema de debate en el mundo de la Microbiología sin duda es la respuesta a la pregunta: ¿Un virus es un ser vivo? Los hay que opinan que no, y los hay que opinan que sí. Numerosos y sesudos artículos se han escrito sobre el tema y las respuestas nunca contentaban a todos. Mira por donde, parece que la física cuántica también se ha metido en el fregado.

En el siglo pasado, el famoso físico Erwin Schrödinger imaginó un experimento para intentar explicar uno de los más paradójicos y extraños aspectos de la teoría cuántica: la propiedad física de la superposición cuántica. Se trata del famoso experimento del gato de Schrödinger.

El experimento imaginado por Schrödinger. Es un sistema formado por una caja cerrada y opaca que contiene un gato, una botella de gas venenoso, una partícula radiactiva con un 50% de probabilidades de desintegrarse en un tiempo dado y un dispositivo tal que, si la partícula se desintegra, se rompe la botella y el gato muere. Al depender todo el sistema del estado final de un único átomo que actúa según las leyes de la mecánica cuántica, tanto la partícula como la vida del gato estarán sometidos a ellas. De acuerdo a dichas leyes, el sistema gato-dispositivo no puede separarse en sus componentes originales (gato y dispositivo) a menos que se haga una medición sobre el sistema. El sistema gato-dispositivo está en un entrelazamiento. Siguiendo la interpretación de Copenhague, mientras no abramos la caja, el gato está vivo y muerto a la vez (fuente: Wikipedia).

El caso es que la superposición cuántica se había podido observar en partículas subatómicas, en átomos, e incluso en pequeñas moléculas. Ahora un grupo de científicos europeos del Instituto Max Planck para la Óptica Cuántica y del Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona pretende realizar un experimento para observar el fenómeno de superposición cuántica en los virus. La tarea no es pequeña. El virus más simple está compuesto de miles de millones de átomos. Los científicos han descrito sus planes en un artículo de la revista New Journal of Physics, aunque previamente ya habían publicado algo muy similar en la revista Arxiv.org.



La propiedad física de la superposición cuántica explica el porqué una determinada partícula subatómica puede encontrarse en dos estados físicos al mismo tiempo (estado de superposición) y la extraña conexión que puede tener con otra partícula subatómica distante en lo que se conoce como entrelazamiento (en inglés entanglement y en alemán verschränkung). Bueno, pues precisamente esa "habilidad de hacer dos cosas a la vez" es lo que quieren comprobar este grupo de investigadores utilizando técnicas de óptica cuántica. El experimento que han diseñado funciona con átomos, pero ahora se propone realizarlo con un virus. Lo que ocurre es que ya no estaríamos a escala subatómica o la atómica, sino en la escala nanométrica y micrométrica.

Comparación de escalas. Si una partícula subatómica como un protón (10^-15 m) fuera una pulga, un átomo (10^-10 m) sería como un campo de fútbol. En la escala nanométrica tendríamos que un ribosoma (3 x 10^-8 m) sería del tamaño de un término municipal. Y en la escala microscópica la longitud del Virus del Mosaico del Tabaco (3 x 10^-7 m) sería una cordillera montañosa de 300 kilómetros de longitud y 18 de ancho.

El experimento consiste en utilizar un haz de rayos láser para inmovilizar al virus en una "cavidad óptica" mediante el uso de unas pinzas ópticas. Con otro haz láser se puede "enfriar" al virus y llevarlo a un estado fundamental cuántico (ground state). Lo de "enfriar" expresa bastante bien lo que ocurre porque se alcanza el estado de mínima energía, es decir, estamos lo más cerca posible del Cero Absoluto. Podríamos decir que hemos congelado y paralizado al virus.

Diseño experimental propuesto. El proceso debe de realizarse en condiciones de vacío. En el panel de la izquierda se muestran unas pinzas ópticas que formarán la cavidad óptica donde una partícula esférica se llevará a un estado fundamental. El haz vertical rojo es el que atrapa a la partícula. En el panel de la derecha se muestra como el láser púrpura orientado horizontalmente lanza un fotón hacia la partícula esférica (fuente).

Una vez conseguido que el virus llegue a dicho estado fundamental se le lanzará un fotón. Y eso ¿para qué? Bueno, aquí está la gracia. Es como lanzar un balazo a una estatua de hielo del tamaño de un glaciar. Cuando el fotón alcance al virus se creará una superposición cuántica que afectará al estado cinético (motional state) del centro de masas de dicho virus. Llevando al extremo la anterior analogía, la estatua estará rota e intacta en el mismo momento. O si fuera el gato de Schrödinger diríamos que estaría al 50% vivo y al 50% muerto.

El grupo investigador propone realizar este experimento con distintos virus, bacterias e incluso con seres más complejos como los tardígrados, pues pueden aguantar las condiciones de vacío imprescindibles para realizar el experimento. De hecho los autores reclaman que su sistema es ideal para responder de manera experimental preguntas fundamentales sobre el papel de la vida y la consciencia en la mecánica cuántica. Pero como decimos en mi pueblo, del dicho al hecho hay mucho trecho. El artículo sólo es una proposición teórica de un futuro experimento. Aún está por ver si funciona.

Esta entrada ha participado en el 5º carnaval de la Física

Oriol Romero-Isart, Mathieu L. Juan, Romain Quidant, & J. Ignacio Cirac (2009). Toward Quantum Superposition of Living Organisms New J. Phys. 12, 033015 (2010) arXiv: 0909.1469v3