Es la primera vez que sucede. A pesar de que, en 2024, ya se consiguió detectar la gravedad en objetos casi tan pequeños como una partícula , un equipo internacional (entre ellos el premio Nobel Sir Roger Penrose), ha observado por primera vez un efecto de la gravedad largamente predicho sobre la caída de un objeto cuántico. El resultado, por tanto, muestra que un principio fundamental en el corazón de la teoría de la gravedad de Einstein sigue siendo coherente con el comportamiento de la materia en el mundo de lo infinitamente pequeño. El estudio, dirigido por la Universidad Ben-Gurion del Negev, la Universidad de Ulm y la Universidad de Oxford, se acaba de publicar en ‘Science Advances’.Durante más de un siglo, los físicos se han basado en dos descripciones de la naturaleza extraordinariamente exitosas, pero incompatibles entre ellas. Por un lado, la mecánica cuántica explica el extraño comportamiento de los átomos y otros objetos diminutos. Por otro, la teoría de la gravedad de Einstein explica cómo caen los objetos y cómo la gravedad da forma al Universo. Sin embargo, los físicos todavía no comprenden completamente cómo ni de qué modo encajan ambas teorías. En el mundo cuántico, de hecho, la gravedad se convierte en una fuerza despreciable, con mucho la más débil de las cuatro interacciones fundamentales de la Naturaleza .Un muro entre dos realidadesSe trata de un problema fundamental, y durante décadas las mentes más brillantes del planeta han intentado, sin éxito, resolverlo. La Relatividad General de Einstein es la ‘dueña’ indiscutida de lo inmenso: gobierna la danza expansiva del espacio, la colosal ‘telaraña cósmica’ y la violenta colisión de los agujeros negros. Y la Mecánica Cuántica dirige sin rival alguno lo diminuto: rige el comportamiento de electrones, fotones y también la esquizofrénica naturaleza ondulatoria de la materia.Sin embargo, cada vez que se intentan aplicar las reglas de una de las teorías al dominio de la otra, las matemáticas no funcionan, arrojan resultados absurdos y se ‘rompen’. Ahora, los autores del nuevo estudio han diseñado un experimento para explorar exactamente ese límite, la ‘zona cero’ donde ambos mundos colisionan. Y lo han hecho poniendo a prueba, justo ahí, el pilar más sagrado de Einstein: el principio de equivalencia.El ascensor cuántico de EinsteinEl principio de equivalencia es asombrosamente intuitivo. Establece que, para un observador en caída libre, la gravedad desaparece localmente. Es el célebre experimento mental del ascensor de Einstein: si el cable de la cabina se rompe y caes, flotarás en el interior sintiendo ingravidez, exactamente igual que si estuvieras en el vacío del espacio profundo. Hasta la fecha, esta idea había superado las pruebas más exhaustivas e insidiosas imaginables con materia ordinaria. Y en ella, precisamente, se basa una buena parte del entrenamiento de astronautas en gravedad cero, cuando un avión se deja caer desde gran altura para que experimenten la ingravidez.El ‘Interferómetro de Galileo Cuántico’ permitió a los científicos dividir un átomo para que estuviese totalmente inmóvil y, al mismo tiempo, en caída librePero, ¿qué ocurre si el pasajero de ese ascensor (o de ese avión en caída) no es una persona, sino un ente cuántico capaz de comportarse como una onda y viajar, literalmente, por dos caminos a la vez? ¿Se cumple la regla fundamental de Einstein si el objeto está, de forma simultánea, quieto y precipitándose al vacío?Para averiguarlo, los científicos construyeron un dispositivo sin precedentes bautizado como el ‘Interferómetro de Galileo Cuántico’. Un aparato capaz de realizar algo que abofetea al sentido común: tomar la función de onda de un átomo y dividirla en dos trayectorias ‘fantasmales’. Una de ellas se mantiene suspendida en el aire, inamovible, mientras que a la otra se la deja caer libremente.Átomos a temperaturas imposiblesEl experimento, llevado a cabo en la Universidad Ben-Gurion por el equipo del que forma parte el estudiante de doctorado Or Dobkowski, utilizó nubes de átomos de rubidio ultrafríos, congelados a temperaturas apenas por encima del cero absoluto, que es de -273,15 grados. Después, y mediante un sofisticado ‘chip atómico’, los investigadores lanzaron pulsos de microondas para colocar a los átomos en superposición cuántica, forzándolos a estar en dos estados al mismo tiempo.El resultado muestra que un principio fundamental en el corazón de la gravedad de Einstein sigue siendo coherente en el extraño mundo cuánticoPara visualizarlo, podemos imaginar una especie de ‘clon cuántico’. Una mitad de la onda atómica fue ‘atrapada’ mediante un campo magnético que ejercía, hacia arriba, una fuerza exactamente igual al tirón de la gravedad terrestre, dejándola perfectamente inmóvil respecto al laboratorio. La otra mitad, sin embargo, fue empujada, también hacia arriba, por un pulso magnético y luego conmutada a un estado insensible al magnetismo, por lo que volvió a caer describiendo una trayectoria balística. Era, a todos los efectos, una pelota invisible lanzada al aire que caía a merced de la gravedad terrestre.Al final de la caída, cuando ambas ‘mitades’ atómicas volvieron a reunirse tras el vuelo, interfirieron entre sí revelando una minúscula alteración en su fase cuántica que se había acumulado durante el viaje. Y aquí radica el hito: la alteración medida era exactamente la que predecía el principio de equivalencia de Einstein para un objeto cuántico al comparar los dos estados de aceleración. La fuerza gravitatoria había impreso su firma irrefutable en la función de onda del átomo.Buscando la teoría del todoPara Ron Folman, de la Universidad Ben-Gurion y autor principal del estudio, «este es un artículo único, en el sentido de que combina un experimento duro con una interpretación teórica de gran alcance, sobre una de las preguntas más fundamentales de la física: ¿Cómo pueden unirse la gravedad (descrita por la teoría de la relatividad de Einstein) y la teoría cuántica en una sola comprensión del universo? Estos dos pilares de la física moderna han eludido hasta ahora todos los intentos de un marco teórico unificado, pero este complejo experimento da más pistas sobre cómo puede lograrse tal unificación».Este complejo experimento empuja a la mecánica cuántica hacia una de sus fronteras más intrigantes: la gravedadPor su parte, Vlatko Vedral, coautor del Departamento de Física de la Universidad de Oxford, subraya la resistencia inagotable del mundo cuántico: «No tenemos una teoría consistente que nos diga por qué la física cuántica debería fallar. Este experimento empuja a la mecánica cuántica hacia una de sus fronteras más intrigantes, la gravedad, y demuestra que, una vez más, sus predicciones se cumplen».El resultado, aunque muy importante, no unifica por sí solo la mecánica cuántica con la gravedad, ni demuestra que la propia gravedad sea cuántica. Tampoco echa por tierra una famosa y osada conjetura lanzada por Roger Penrose, quien defiende que la mecánica cuántica podría desmoronarse o ‘colapsar’ para objetos lo suficientemente masivos que se mantienen en superposición cuántica durante largos periodos de tiempo.Aunque el rubidio es demasiado ligero y los tiempos demasiado breves para probar la disruptiva idea de Penrose en esta ocasión, la técnica desarrollada marca el inicio de una nueva era. El equipo, de hecho, ya trabaja contrarreloj en el siguiente paso: repetir la proeza utilizando nano-diamantes enteros, diminutas piedras preciosas infinitamente más pesadas que pondrán al límite, una vez más, nuestra forma de concebir el tejido de la realidad.
