Los científicos observan la gravedad de Einstein en el mundo cuántico

El mundo de la física clásica y el de la cuántica tienen propiedades muy diferentes, pero un grupo de investigadores ha observado, por primera vez, un efecto de la gravedad sobre un objeto cuántico en caída que se habría predicho desde hacía tiempo.

El descubrimiento que publica Science Advances demuestra que un principio fundamental en el núcleo de la teoría de la gravedad de Albert Einstein sigue siendo coherente con el comportamiento de la materia en el mundo cuántico.

La investigación está encabezada por la Universidad Ben-Gurión (Israel) y cuenta entre los firmantes con el premio nobel de Física Roger Penrose de la Universidad de Oxford (Reino Unido).

La mecánica cuántica explica el extraño comportamiento de los átomos y otros objetos minúsculos, y la teoría general de la relatividad de Einstein describe la gravedad y explica cómo caen los objetos.

La teoría de Einstein se basa en el principio de equivalencia y se ha comprobado con gran precisión que es válida para cuerpos de gran tamaño, pero los físicos aún no comprenden del todo cómo encajan ambas teorías.

El equipo realizó un experimento que indaga en el punto en el que ambas se encuentran y con el que observaron un cambio característico en las propiedades cuánticas de los átomos a medida que caían bajo la influencia de la gravedad.

Ese efecto que han medido es el mismo que se predice cuando se aplica el principio de equivalencia de Einstein a un objeto cuántico.

La comunidad científica sigue buscando un marco teórico unificado que reconcilie las normas del mundo clásico con las del cuántico, pero este experimento, advierten los autores, no unifica la mecánica cuántica y la gravedad, ni demuestra que la gravedad en sí misma sea cuántica.

Lo que sí demuestra es que el principio de equivalencia de Einstein sigue siendo coherente con la mecánica cuántica en el régimen analizado.

Este experimento lleva "a la mecánica cuántica a una de sus fronteras más intrigantes, la gravedad, y demuestra, una vez más, que sus predicciones se cumplen", en palabras de Vlatko Vedral, de la Universidad de Oxford y uno de los firmantes del artículo.

El principio de equivalencia de Einstein establece que para un observador en caída libre, la gravedad debería desaparecer localmente, es decir, alguien que cayera libremente en un ascensor experimentaría ingravidez.

Los investigadores querían comprobar experimentalmente ese principio con objetos cuánticos, que pueden comportarse como ondas o como partículas y, en la práctica, desplazarse por más de una trayectoria.

El núcleo del experimento es un nuevo aparato que los investigadores denominan Interferómetro Cuántico de Galileo, el cual permite dividir efectivamente la onda cuántica asociada a un átomo en dos trayectorias, indicó la Universidad de Óxford en un comunicado.

Una de esas trayectorias se mantenía fija y la otra se dejaba que cayera libremente, tras lo que se volvían a unir para observar cómo la gravedad había modificado la onda en caída.

El experimento usó nubes de átomos de rubidio enfriados hasta una temperatura ligeramente superior al cero absoluto y manipulados cerca de la superficie de un chip atómico especialmente diseñado.

Una parte de la onda se mantuvo inmóvil con respecto al laboratorio y a la Tierra; la otra, que fue empujada hacia arriba con un pulso magnético controlado, pasó a un estado en el que el campo magnético apenas le afectaba, de modo que pudo caer libremente bajo la influencia de la gravedad.

Al final de la caída, los investigadores utilizaron otro pulso para volver a unir las dos partes que interfirieron entre sí, lo que permitió medir la minúscula diferencia en la fase cuántica acumulada mientras una caía y la otra permanecía inmóvil.

La fase medida en el nuevo experimento es la misma que la prevista al aplicar el principio de Einstein a una onda cuántica de este tipo y por lo tanto, señala la Universidad de Oxford, el resultado establece una conexión experimental entre la física cuántica y la teoría de la gravedad.