Algo que te va a volar la cabeza

Piénsalo un momento.

Estás sosteniendo un átomo. Uno solo. Y haces algo para que exista en dos lugares al mismo tiempo. Eso es la superposición cuántica, y suena completamente loco... hasta que recuerdas que los átomos hacen esto todo el tiempo cuando nadie los está observando.

Ahora suéltalo.

¿Qué pasa?

Eso es exactamente lo que un equipo de físicos acaba de probar. Y honestamente, la respuesta que encontraron es a la vez obvia y completamente fascinante.

Los dos gigantes de la física (que no se llevan bien)

Te explico por qué importa este experimento. Tiene que ver con dos de las teorías más importantes de la ciencia, y no precisamente se llevan de maravilla.

Por un lado está la mecánica cuántica: la teoría que explica cómo se comportan los átomos y las partículas diminutas. Es extraña, va contra la intuición, y funciona de maravilla. Las partículas pueden estar en múltiples estados a la vez. Pueden atravesar paredes. Pueden estar conectadas de formas que hasta a Einstein le incomodaban (él lo llamó "acción fantasmal a distancia").

Por el otro lado está la teoría de la gravedad de Einstein: la relatividad general. Esta explica por qué caen las cosas, cómo orbitan los planetas, y por qué el tiempo se mueve diferente dependiendo de qué tan rápido te muevas o qué tan cerca estés de algo muy masivo. Es elegante, se ha demostrado correcta muchas veces, y describe el universo a gran escala.

El problema: estas dos teorías no se llevan bien.

No es que realmente se odien, eso sería ridículo. Pero los físicos llevan casi un siglo intentando combinarlas en una sola teoría unificada, y nadie lo ha logrado. Cada una funciona perfectamente en su propio territorio. El momento en que intentas aplicar las dos a la vez, las cosas se rompen.

Es como tener dos amigos que son geniales por separado, pero se vuelven un desastre cuando están en la misma habitación.

¿Qué hicieron estos científicos?

El experimento, publicado en Science Advances, fue liderado por investigadores de la Universidad Ben-Gurion del Néguev, la Universidad de Ulm y la Universidad de Oxford. Entre ellos estaba nada menos que el legendario Roger Penrose, ganador del Premio Nobel.

Construyeron lo que llamaron un Interferómetro Cuántico de Galileo. Ya sé, son muchas palabras complicadas. Pero te lo simplifico:

Tomaron nubes de átomos de rubidio (enfriados casi al cero absoluto) y dividieron la onda cuántica de cada átomo en dos caminos separados. Uno se quedó quieto, sujeto por campos magnéticos controlados con precisión. El otro cayó en caída libre, como una pelota que lanzas al aire.

Después — aquí viene lo interesante — juntaron esos dos caminos y observaron cómo interferían las ondas entre sí.

Piénsalo como dejar caer dos piedras en un estanque en momentos ligeramente diferentes y ver cómo interactúan las ondas. La diferencia en esas ondas te dice algo sobre lo que le pasó a cada piedra en su recorrido.

El principio de equivalencia se actualiza para el mundo cuántico

Aquí es donde Einstein vuelve a entrar en escena.

El principio de equivalencia de Einstein es una de las bases de su teoría de la gravedad. La idea es hermosa en su simplicidad: gravedad y aceleración son indistinguibles. Si estás en un cuarto cerrado, no puedes decir si sientes peso porque estás parado en la Tierra o porque el cuarto está siendo acelerado en el espacio. Una persona en caída libre se siente ingrávida, sin importar su masa.

Este principio se ha probado una y otra vez con objetos normales, y siempre se ha cumplido.

Pero la pregunta que se hicieron estos científicos fue: ¿sigue funcionando cuando tu "objeto" no está realmente en un solo lugar? ¿Cuando es una onda cuántica que existe en superposición, siguiendo dos caminos diferentes al mismo tiempo?

Eso es lo que hace especial a este experimento. No estaban simplemente dejando caer una pelota. Estaban dejando caer algo que metafísicamente estaba en dos lugares a la vez, y querían ver si la gravedad trataba ambos caminos como Einstein predijo.

¿Y la respuesta? Sí.

La fase cuántica que midieron —básicamente la pequeña "firma" cuántica dejada por la onda en caída— coincidió exactamente con lo que predices si aplicas el principio de equivalencia de Einstein a un objeto cuántico.

¿Por qué debería importarte?

Vale, unos científicos dejaron caer átomos en un montaje elaborado y Einstein resultó estar en lo cierto otra vez. ¿Y qué, verdad?

Pero esto sí importa.

Todavía no tenemos una teoría que combine exitosamente la mecánica cuántica y la gravedad. Hay candidatas — teoría de cuerdas, gravedad cuántica de lazos — pero nadie ha logrado descifrar el código. Una razón es que no tenemos buenos datos experimentales sobre lo que pasa en la intersección de estos dos mundos.

Este experimento nos está dando nuestro primer vistazo real a ese territorio. Es como si finalmente lográramosmeter a esos dos amigos que discuten en la misma habitación y observáramos con cuidado cómo interactúan.

El profesor Ron Folman, que dirigió el estudio, lo dijo bellamente: "Este es un artículo único, en el sentido de que combina un experimento difícil con una interpretación teórica ambiciosa, sobre una de las preguntas más fundamentales de la física."

Y el profesor Vlatko Vedral, de Oxford, añadió: "Este experimento lleva la mecánica cuántica a una de sus fronteras más intrigantes, la gravedad, y demuestra que..."

Bueno, la cita se cortó, pero creo que podemos adivinar hacia dónde iba. Demuestra que la mecánica cuántica no se rompe cuando entra la gravedad. Al menos no en este régimen.

¿Qué significa esto para el futuro?

No voy a pretender que este experimento resolvió todo de repente. Todavía estamos muy, muy lejos de una teoría unificada del todo. Pero experimentos como este son las migas de pan que quizás, algún día, nos lleven allí.

Cada vez que empujamos la frontera entre lo cuántico y lo clásico, entre lo diminuto y lo masivo, aprendemos algo nuevo. Y hasta ahora, el universo nos dice que ambas de nuestras teorías "mejores" tienen más verdad de la que a veces queremos admitir, incluso cuando están en la misma habitación.

Así que la próxima vez que alguien te diga que la física ya lo tiene todo resuelto, recuérdales que todavía no podemos hacer que Einstein y la mecánica cuántica se lleven bien.

Pero bueno... al menos ahora sabemos que están dispuestos a estar en la misma habitación.

Fuente: Science Daily