Científicos de varias universidades están colaborando en un experimento llamado ‘MAST-QG’ para determinar si la gravedad tiene propiedades cuánticas. El experimento, que implica la levitación de microdiamantes en superposición cuántica, tiene como objetivo unir la relatividad general y la mecánica cuántica. A pesar de su complejidad, esta investigación podría alterar fundamentalmente nuestra comprensión de la gravedad y tiene amplias implicaciones para la física. Crédito: SciTechDaily.com

• Los científicos están desarrollando un experimento para comprobar si la gravedad es cuántica
• En la mecánica cuántica, que describe el comportamiento de los átomos y las moléculas, los objetos se comportan de manera diferente a todo lo que conocemos: pueden estar en una superposición cuántica de estar en dos lugares al mismo tiempo.
• Ahora los científicos están investigando una forma de determinar si la gravedad funciona de esta manera haciendo levitar microdiamantes en el vacío.
• Si la gravedad es cuántica, «enredará» los diamantes, un fenómeno intrigante que une fuertemente dos objetos de maneras imposibles en la vida cotidiana.
• Esta investigación ayudará a avanzar en la comprensión de los agujeros negros, los Big Bangy el universo

Experimento de gravedad cuántica

Los científicos están desarrollando un experimento para comprobar si la gravedad es cuántica, una de las preguntas más profundas sobre nuestro universo.

La relatividad general y la mecánica cuántica son las dos descripciones más fundamentales de la naturaleza que tenemos. La relatividad general explica la gravedad a gran escala, mientras que la mecánica cuántica explica el comportamiento de los átomos y las moléculas.

El desafío de unificar teorías

Podría decirse que el problema sin resolver más importante en física fundamental es la forma correcta de unir estas dos teorías: determinar si la gravedad opera a nivel cuántico. Aunque el trabajo teórico ha propuesto muchas posibilidades, se necesitan experimentos para comprender completamente el comportamiento de la gravedad.

Un rayo láser en el laboratorio de Gavin Morley investiga las propiedades cuánticas de un diamante. Crédito: Gavin Morley

Experiencia revolucionaria del Consorcio Global

Durante cien años, los experimentos sobre la naturaleza cuántica de la gravedad parecían fuera de alcance, pero ahora científicos de las universidades de Warwick, UCL, Yale (EE.UU.), Northwestern (EE.UU.) y Groningen (Países Bajos) trabajarán juntos para investigar este enigma. . .

Su nueva idea es hacer levitar dos microdiamantes en el vacío y colocar cada uno en una superposición cuántica, estando en dos lugares al mismo tiempo. Este comportamiento contrario a la intuición es una característica fundamental de la mecánica cuántica.

La visión del profesor Morley sobre el experimento.

Cada diamante puede considerarse una versión más pequeña del gato de Schrödinger. Investigador principal Profesor Gavin Morley, Departamento de Física, Universidad de Warwick, explica: “El gato de Schrödinger es un experimento mental que muestra que sería muy extraño si los objetos cotidianos (¡y las mascotas!) pudieran estar en una superposición cuántica de dos lugares al mismo tiempo. Queremos probar los límites de esta idea.

“Se han logrado colocar átomos y moléculas en este estado de superposición, pero queremos hacerlo con objetos mucho más grandes. Nuestros diamantes están formados por mil millones de átomos o más. Para probar la naturaleza cuántica de la gravedad, buscaríamos interacciones entre dos de esos diamantes debido a la gravedad.

“Si la gravedad fuera cuántica, entonces podría entrelazar los dos diamantes. El entrelazamiento es un efecto cuántico único en el que dos cosas están vinculadas más estrechamente de lo que es posible en nuestra vida cotidiana. Por ejemplo, si se pudieran enredar dos monedas, es posible que cada vez que las lances, ambas caigan de la misma manera, aunque es imposible saber de antemano si ambas serán cara o cruz.

Desafíos e implicaciones

Todavía quedan muchos desafíos para hacer realidad esta idea, que el equipo investigará durante el proyecto. «Por ejemplo, necesitamos eliminar todas las interacciones entre nanopartículas distintas de la gravedad, lo cual es increíblemente desafiante ya que la gravedad es muy débil», dice el Dr. David Moore de Universidad de Yale.

El profesor Morley, director fundador de Warwick Quantum, una nueva iniciativa interdisciplinaria para la investigación de la tecnología cuántica, añadió: “Para mí, el problema más importante en física en este momento es desarrollar un experimento que pueda probar la naturaleza cuántica de la gravedad. Este nuevo proyecto es una aceleración en nuestro apasionante viaje hacia esto.

Perspectivas de científicos contribuyentes

El profesor Sougato Bose, UCL, comentó: “Es difícil exagerar lo importante que sería para los físicos realizar experimentos que pudieran investigar la forma correcta de combinar la mecánica cuántica y la relatividad general. Las personas que trabajan en teorías de la gravedad cuántica, como la teoría de cuerdas, normalmente se centran en lo que sucede en altas energías, cerca de los agujeros negros y en el Big Bang.

“Por el contrario, nuestro trabajo se realiza en el régimen de baja energía aquí en la Tierra, pero también proporcionaría información valiosa sobre si la gravedad es cuántica. Además, se puede considerar que el experimento verifica una predicción genérica de cualquier teoría cuántica de la gravedad a bajas energías”.

El profesor Anupam Mazumdar de la Universidad de Groningen añade: «En el camino hacia la comprensión de la naturaleza cuántica de la gravedad, podremos probar otros aspectos de la física fundamental, como las desviaciones exóticas de la gravedad newtoniana en distancias cortas».

«Este es un experimento desafiante y este proyecto es pionero en abordar algunos de los desafíos técnicos clave para hacer realidad estas pruebas de los aspectos cuánticos de la gravedad», dice Andrew Geraci, profesor asociado de Física. Northwestern University.

El proyecto se llama ‘MAST-QG: Superposiciones macroscópicas para presenciar la naturaleza cuántica de la gravedad’.