Científicos miden por primera vez el efecto de la gravedad en un objeto cuántico en caída libre

Un equipo internacional de físicos ha medido por primera vez de forma directa cómo la gravedad afecta las propiedades cuánticas de un átomo en caída libre, confirmando que el principio de equivalencia de Einstein se mantiene en el ámbito cuántico. Los resultados, publicados el miércoles en Science Advances, representan un paso hacia la comprensión de cómo la gravedad y la mecánica cuántica podrían reconciliarse eventualmente.thequantuminsider+1

Una versión cuántica de la torre de Galileo

El experimento, dirigido por investigadores de la Universidad Ben-Gurión del Néguev, la Universidad de Ulm y la Universidad de Oxford, utilizó un novedoso aparato llamado Interferómetro Cuántico de Galileo. El equipo, que incluye al premio Nobel Sir Roger Penrose, enfrió nubes de átomos de rubidio hasta justo por encima del cero absoluto y los colocó en superposición cuántica, permitiendo efectivamente que cada átomo viajara por dos caminos a la vez.quantumzeitgeist+1

Una parte de la onda cuántica de cada átomo se mantuvo estacionaria mediante campos magnéticos que contrarrestaban la gravedad, mientras que la otra fue lanzada hacia arriba y luego se dejó caer libremente. Cuando las dos trayectorias se reunieron, el patrón de interferencia resultante reveló una pequeña diferencia en la fase cuántica, coincidiendo con la predicción derivada del principio de equivalencia de Einstein.interestingengineering+1

"Este es un artículo único, en el sentido de que combina un experimento riguroso con una interpretación teórica de gran alcance sobre una de las cuestiones más fundamentales de la física", afirmó en un comunicado el autor principal, Ron Folman, de la Universidad Ben-Gurión. El coautor Vlatko Vedral, de la Universidad de Oxford, añadió: "Este experimento lleva a la mecánica cuántica a una de sus fronteras más intrigantes, la gravedad, y demuestra que, una vez más, sus predicciones se mantienen".thequantuminsider+2

Lo que prueba y lo que no

Aunque experimentos anteriores han utilizado partículas cuánticas para medir la gravedad, los investigadores señalan que esta es la primera medición directa de la fase cuántica predicha de un objeto en caída libre. El resultado no une la mecánica cuántica y la gravedad, ni demuestra que la gravedad en sí misma sea cuántica. Sin embargo, muestra que el marco de Einstein sigue siendo coherente con el comportamiento cuántico bajo las condiciones probadas.interestingengineering+2

El estudio tampoco descarta una propuesta de Penrose de que la mecánica cuántica podría romperse para objetos suficientemente masivos mantenidos en superposición durante el tiempo suficiente. El experimento actual no alcanzó las masas o escalas de tiempo necesarias para probar esa idea, pero el equipo ya está trabajando en experimentos de seguimiento utilizando objetos más pesados, incluidos nanodiamantes.thequantuminsider+1

Un puente aún en construcción

Los hallazgos llegan en medio de un renovado interés en el límite entre la gravedad y la física cuántica. Apenas unos días antes, una investigación independiente informó que átomos en caída libre a bordo de la estación espacial china Tiangong confirmaron el principio de equivalencia débil a escalas atómicas con gran precisión. Otro estudio teórico reciente advirtió que algunas firmas aparentes de gravedad cuántica podrían tener explicaciones más comunes.sciencenews+1

El experimento de Ben-Gurión añade un punto de apoyo empírico a un campo dominado durante mucho tiempo por la teoría. "Estos dos pilares de la física moderna han eludido hasta ahora todos los intentos de un marco teórico unificado", dijo Folman, "pero este complejo experimento ofrece más pistas sobre cómo se podría lograr dicha unificación".thequantuminsider