El gato que nadie puede ver: cuando la física cuántica se desvanece

¿Has visto la cara de alguien cuando le hablas de física cuántica por primera vez? Los ojos se abren, el ceño se frunce, y casi puedes escuchar lo que piensa: "¿Este niño ha leído demasiadas novelas de ciencia ficción?"

A mí me pasa constantemente.

Pero aquí está el asunto: la mecánica cuántica es verdaderamente extraña. Y el hecho de que vivamos en un mundo donde estos efectos raros simplemente... desaparecen... es uno de los mayores rompecabezas de toda la física.

El gato que lo empezó todo

Hablemos del famoso gato de Schrödinger. Probablemente recuerdas la idea: el físico austríaco Erwin Schrödinger ideó un experimento mental donde un gato dentro de una caja sellada está vivo y muerto al mismo tiempo, hasta que alguien abre para verificar.

Es una simplificación (Schrödinger en realidad lo propuso como crítica a ciertas interpretaciones de la mecánica cuántica), pero captura algo real sobre cómo funcionan los sistemas cuánticos. Las partículas pueden existir en combinaciones de estados llamados "superposiciones" — algo parecido a como una moneda puede ser cara y cruz mientras gira en el aire, pero mucho más extraño.

Pero la pregunta del millón es esta: si los átomos y partículas pueden estar en estos estados de superposición, ¿por qué no pueden los gatos? ¿Por qué no podemos nosotros? ¿Por qué toda esa rareza cuántica parece evaporarse cuando escalamos al mundo cotidiano que realmente experimentamos?

El momento en que la rareza se desvanece

Los físicos tienen una palabra para este apagado: decoherencia. Es el proceso mediante el cual los efectos cuánticos se van lavando gradualmente a medida que los sistemas interactúan con su entorno. Pero aquí está la verdad incómoda: nadie entiende del todo la historia completa de por qué y cómo sucede esto.

Una idea que lleva décadas flotando tiene que ver con la gravedad misma. La cosa va más o menos así: quizás la relatividad general de Einstein — su teoría sobre cómo funciona la gravedad — crea pequeñas fluctuaciones inevitables en el tejido del espaciotiempo. Estas mini vibraciones podrían ir sacudiendo las superposiciones cuánticas hasta que se desmoronen.

Es una idea bastante intuitiva, la verdad. La gravedad está en todas partes, ¿no? Afecta todo. Así que tal vez es la responsable de que la rareza cuántica desaparezca a nuestra escala.

El experimento

Bueno, un equipo de investigadores acaba de hacer un experimento para poner a prueba esta idea. ¿Y dónde lo hicieron? Bajo tierra. Muy bajo tierra.

El Laboratorio Nacional del Gran Sasso del INFN en Italia está debajo de aproximadamente 1,4 kilómetros de roca. Es más o menos la profundidad necesaria para escapar de la mayor parte de la radiación que nos bombardea desde el espacio cada segundo. Es uno de los lugares más silenciosos de la Tierra para experimentos de física sensibles.

Los investigadores usaron un detector construido alrededor de un cristal de germanio — del tamaño de una taza de café. Lo blindaron con capas de cobre y plomo, creando básicamente un pequeño santuario de la física.

La idea detrás del experimento era inteligente: si el espaciotiempo realmente tiene estas pequeñas fluctuaciones como se predice, deberían hacer que las partículas cargadas eléctricamente vibraran y emitieran radiación electromagnética débil. Esa radiación debería ser detectable, aunque muy, muy tenue.

Así que observaron. Y esperaron. Recogieron datos durante 62 días seguidos, teniendo en cuenta cuidadosamente cada rastro esperado de radiación de fondo.

¿Qué encontraron?

Nada.

El nada importa

Ahora, ya sé lo que estás pensando. "¿Nada? Qué decepción."

Pero espera — esto en realidad es un gran avance. Cuando haces física fundamental, descartar ideas equivocadas es igual de importante que encontrar cosas nuevas. Piénsalo como depurar código, excepto que el código es el universo y estamos tratando de descubrir qué instrucciones matemáticas sigue.

Al no encontrar señal alguna, el equipo ha descartado efectivamente uno de los modelos más antiguos y naturales de decoherencia inducida por gravedad. El modelo de Károlyházy — propuesto en los años 60 — acaba de recibir restricciones significativas por datos experimentales.

"Todo enfoque de gravedad cuántica termina prediciendo la existencia de una longitud mínima relacionada con la incertidumbre en la medición del espaciotiempo", explicó Kristian Piscicchia, uno de los investigadores del proyecto. Este experimento está ayudando a reducir cuáles de estos enfoques podrían describir realmente la realidad.

¿Y ahora qué?

Aquí va mi opinión: la física es más emocionante cuando está eliminando posibilidades. No estamos tanteando en la oscuridad — estamos esculpiendo metódicamente los caminos equivocados. Y eso nos acerca a la respuesta correcta, aunque no la hayamos encontrado todavía.

El misterio de por qué los efectos cuánticos se desvanecen en nuestro mundo macroscópico sigue sin resolverse. Pero ahora sabemos que un sabor particular de explicación basada en la gravedad no es el correcto. La búsqueda continúa, pero es una búsqueda más estrecha.

Como dijo Catalina Curceanu, una de las investigadoras principales: "Esta ausencia de señal es en sí misma un resultado científico mayor."

No podría estar más de acuerdo. La ciencia no siempre se trata de encontrar cosas nuevas — a veces se trata de decir con confianza "no, esta no es". Y eso es exactamente lo que pasó aquí.

Así que la próxima vez que alguien te pregunte sobre el gato de Schrödinger, puedes decirle: estamos descubriendo lentamente, metódicamente, por qué ese gato siempre está vivo o muerto, nunca ambos. Y lo estamos haciendo descartando las explicaciones equivocadas, un experimento a la vez.

¿Bastante genial, no?