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.
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. Si bien el trabajo teórico ha propuesto muchas posibilidades, se necesitan experimentos para comprender completamente el comportamiento de la gravedad.
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 (Holanda) trabajarán juntos para investigar este enigma. .
Su nueva idea es hacer levitar dos microdiamantes en el vacío y poner cada uno en una superposición cuántica de estar en dos lugares al mismo tiempo. Este comportamiento contrario a la intuición es una característica fundamental de la mecánica cuántica.
Cada diamante puede considerarse como una versión más pequeña del gato de Schrödinger. El investigador principal, el profesor Gavin Morley, Departamento de Física de la Universidad de Warwick, explica: “El gato de Schrödinger es un experimento mental que señala que sería realmente extraño si los objetos cotidianos (¡y las mascotas!) pudieran estar en una superposición cuántica de dos lugares En seguida. Queremos probar los límites de esta idea.
“Se han logrado colocar átomos y moléculas en ese 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 es cuántica, entonces podría entrelazar los dos diamantes. El entrelazamiento es un efecto cuántico único en el que dos cosas están vinculadas más fuertemente de lo que es posible en nuestra vida cotidiana. Por ejemplo, si dos monedas pudieran entrelazarse, entonces podrías encontrar que cada vez que las lanzas, ambas caen de la misma manera, incluso si es imposible saber de antemano si ambas serán cara o cruz”.
Todavía quedan muchos desafíos para hacer realidad esta idea, que el equipo investigará durante el proyecto. «Por ejemplo, necesitamos eliminar todas las interacciones entre las nanopartículas distintas de la gravedad, lo cual supone un desafío increíble, ya que la gravedad es muy débil», afirma el Dr. David Moore, de la 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.
El profesor Sougato Bose, de la 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 invaluable sobre si la gravedad es cuántica. Además, el experimento puede considerarse como la verificación de 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, es posible que podamos 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 un pionero para 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 de la Universidad Northwestern.
El proyecto se llama ‘MAST-QG: Superposiciones macroscópicas para presenciar la naturaleza cuántica de la gravedad’.
Fuente: Universidad de Warwick
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