¿Sufren los virus de deslocalización cuántica?

Question

Considere una forma de vida microscópica. Obviamente, debería estar localizada en el espacio, en el sentido cuántico-mecánico, si se trata como una sola partícula (aunque sea compuesta). Si su longitud característica es $l$ entonces su función de onda se deslocalizaría en la escala de tiempo típica $$ \tau = \frac{ml^2}{\hbar}$$

Si estimamos esto para un virus (~diámetro típico 100 nm), y asumimos aproximadamente la densidad de masa del agua, obtenemos $$ \tau \approx \frac{1 \frac{g}{cm^3}\cdot(100\ nm)^5}{\hbar} \approx100\ seconds$$ Así que, técnicamente hablando, después de unos dos minutos, el virus había duplicado su incertidumbre en la posición. Aunque la suposición de la masa esté desfasada en dos órdenes de magnitud, seguimos obteniendo escalas de tiempo cotidianas. ¿Cómo debe interpretarse esta estimación? ¿Se ha observado en biología?

Answer 1

Un experimento para poner un virus en una superposición de estados fue descrito en este preprint de Arxiv . Por lo que sé, el experimento aún no se ha realizado, pero supongo que la mayoría de nosotros cree que funcionará y que un virus obedece efectivamente a los principios de la mecánica cuántica al igual que una partícula subatómica. Después de todo, un objeto considerablemente mayor que un virus se ha colocado en una superposición de estados, aunque esto fue en circunstancias bastante especiales.

Sin embargo, es poco probable que podamos observar el comportamiento cuántico de un virus en el agua. Esto se debe a que, mientras que un virus aislado puede ser descrito por una función de onda básicamente simple, si el virus interactúa con cualquier cosa, por ejemplo, moléculas de agua, su función de onda se enreda con la función de onda de cualquier cosa con la que interactúe. Para un virus en el agua tendríamos que observar el comportamiento cuántico del virus y el agua en la que se encuentra. Esto aumenta el tamaño y la complejidad del sistema hasta el punto de que rápidamente decohere y volver al comportamiento clásico.

Answer 2

"si se trata como una sola partícula" - pero por supuesto un virus no lo es. Si una partícula de un sistema compuesto decide repentinamente cambiar su ubicación al azar, las demás partículas que la rodean se interpondrán en su camino. Las fuerzas tratarán (en su mayoría) de hacerla retroceder. Para que todo el sistema se separe o cambie de posición, cada partícula debe, por increíble coincidencia, salirse de su posición de la manera adecuada.

La escala de tiempo de deslocalización de una partícula está relacionada con la probabilidad de que la partícula no esté donde estaba originalmente, por alguna diminuta unidad de tiempo. Para un grupo de partículas involucradas en un sistema, la probabilidad de deslocalización por unidad de tiempo para el conjunto, es la probabilidad de que la partícula #1 se desplace, Y la probabilidad de que la partícula #2 se desplace, Y la probabilidad de que la partícula #3.... que se multiplica a una probabilidad muy pequeña.

Al menos, ésta es una forma burda de explicar por qué los virus, las nanopartículas y las moléculas grandes se mantienen en una sola pieza y se mueven de una forma casi clásica. Hay formas más refinadas de explicarlo matemáticamente.