Científicos de varias universidades están colaborando en un experimento llamado "MAST-QG" para determinar si la gravedad tiene propiedades cuánticas. El experimento consiste en hacer levitar microdiamantes en un estado de superposición cuántica y tiene como objetivo combinar la relatividad general y la mecánica cuántica. Aunque la investigación es compleja, podría cambiar fundamentalmente nuestra comprensión de la gravedad y tener amplias implicaciones para la física.
Los científicos están desarrollando un experimento para comprobar si la gravedad es cuántica, una de las cuestiones más profundas de nuestro universo. En la mecánica cuántica, que describe el comportamiento de los átomos y las moléculas, los objetos se comportan como nada que conocemos: pueden estar en una superposición cuántica de dos lugares al mismo tiempo. La relatividad general y la mecánica cuántica son nuestras dos descripciones más fundamentales de la naturaleza. La relatividad general explica la gravedad a gran escala, mientras que la mecánica cuántica explica el comportamiento de los átomos y las moléculas.
Ahora, los científicos están trabajando en una forma de determinar si la gravedad se comporta de esta manera al hacer levitar pequeños diamantes en el vacío. Si la gravedad es cuántica, podría "enredar" diamantes, un fenómeno interesante que puede unir estrechamente dos objetos de una manera que es poco probable que suceda en la vida cotidiana.
Esta investigación ayudará a la gente a comprender los misterios de los agujeros negros, el Big Bang y el universo.
El desafío de una teoría unificada
Podría decirse que la cuestión abierta más importante en física fundamental es la forma correcta de combinar las dos teorías: determinar si la gravedad opera a nivel cuántico. Si bien los estudios teóricos sugieren muchas posibilidades, serán necesarios 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 la Universidad de Warwick, la Universidad de Londres, Los Ángeles, la Universidad de Yale (EE.UU.), la Universidad Northwestern (EE.UU.) y la Universidad de Groningen (Países Bajos) unirán fuerzas para investigar este enigma.
Su nueva idea es hacer levitar dos microdiamantes en el vacío para que cada diamante esté en una superposición cuántica de dos ubicaciones 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 del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, explicó: "El gato de Schrödinger fue un experimento mental que sugirió que sería muy extraño si los objetos cotidianos (¡y las mascotas!) pudieran estar en una superposición cuántica de dos lugares al mismo tiempo, y queríamos probar los límites de esta idea.
Los átomos y las moléculas han entrado con éxito en este estado de superposición, pero queríamos hacerlo con objetos más grandes. Nuestros diamantes están formados por mil millones de átomos o más. Para probar la naturaleza cuántica de la gravedad, buscaremos interacciones gravitacionales entre dos de esos diamantes.
Si la gravedad fuera cuántica, podría entrelazar dos diamantes. El entrelazamiento es un efecto cuántico único en el que dos cosas están más estrechamente conectadas que en nuestra vida cotidiana. Por ejemplo, si dos monedas pudieran enredarse, es posible que caigan de la misma manera cada vez que las lances, aunque sea imposible saber de antemano si serán cara o cruz. "
Desafíos e impacto
Hay muchos desafíos para hacer realidad esta idea, que el equipo analizará durante el proyecto. "Por ejemplo, necesitamos eliminar todas las interacciones entre nanopartículas excepto la gravedad, que es muy débil, por lo que es un gran desafío", dijo el Dr. David Moore de la Universidad de Yale.
El profesor Morley, director fundador de Warwick Quantum, una nueva iniciativa interdisciplinaria en la investigación de la tecnología cuántica, añadió: "Para mí, la cuestión más importante en física en este momento es desarrollar un experimento que pueda probar las propiedades cuánticas de la gravedad. Este nuevo proyecto acelerará nuestro progreso hacia este objetivo".
El profesor Sujato-Bose de la Universidad de Londres, Los Ángeles, comentó: "La importancia de realizar experimentos que puedan explorar la combinación correcta de la mecánica cuántica y la relatividad general no puede ser exagerada para los físicos. Las personas que estudian teorías de la gravedad cuántica, como la teoría de cuerdas, generalmente se centran en los agujeros negros de alta energía que sucedieron cerca y en el Big Bang. Por el contrario, nuestro trabajo se realizó en un entorno de baja energía en la Tierra, pero también proporcionará información valiosa sobre si la gravedad es gravedad cuántica. Además, este experimento puede "También se puede considerar que valida las predicciones generales de cualquier teoría de la gravedad cuántica a bajas energías".
Anupam-Mazumdar, profesor 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 singulares de corto alcance de la gravedad newtoniana".
"Este es un experimento desafiante, y este proyecto es un pionero en la solución de algunos de los desafíos técnicos clave para hacer realidad estas pruebas de los aspectos cuánticos de la gravedad", dijo Andrew Geraci, profesor asociado de física en la Universidad Northwestern.
El proyecto se llama "MAST-QG: Testigo de la superposición macroscópica de la naturaleza cuántica de la gravedad".
Fuente compilada: ScitechDaily