Un equipo internacional de investigadores observó cómo la gravedad modifica una propiedad cuántica de los átomos durante la caída libre. El resultado coincide con lo previsto al aplicar el principio de equivalencia de Einstein al comportamiento de la materia a escala microscópica.
El estudio, publicado en Science Advances, fue encabezado por la Universidad Ben-Gurión, en Israel. Entre sus autores figuran investigadores de la Universidad de Oxford, incluido el premio nobel de Física Roger Penrose.
Aunque el hallazgo aporta evidencia sobre la relación entre la relatividad general y la mecánica cuántica, los científicos aclaran que no constituye una unificación de ambas teorías ni demuestra que la gravedad sea cuántica.
Dos teorías frente a una misma pregunta
La relatividad general describe la gravedad y el movimiento de los cuerpos bajo su influencia. La mecánica cuántica, por su parte, explica el comportamiento de los átomos y de otros sistemas microscópicos, cuyas propiedades no siempre corresponden con lo que observamos en la vida cotidiana.
Ambas teorías han permitido describir numerosos fenómenos con gran precisión. Sin embargo, comprender cómo encajan sigue siendo uno de los grandes desafíos de la física.
La nueva investigación se centró en el principio de equivalencia, una de las bases de la teoría de Einstein. Según este principio, un observador en caída libre experimenta localmente la ausencia de gravedad, como ocurriría dentro de un ascensor que cayera libremente.
Los investigadores buscaron comprobar qué sucede cuando esa idea se aplica a un objeto cuántico, cuyo comportamiento puede describirse mediante ondas.
Un átomo y dos trayectorias
Para realizar la prueba, el equipo desarrolló un dispositivo denominado Interferómetro Cuántico de Galileo. Su función es separar la onda cuántica asociada a un átomo en dos trayectorias y reunirlas después para comparar los cambios que experimentaron.
El experimento utilizó átomos de rubidio enfriados hasta temperaturas muy próximas al cero absoluto. Los científicos los manipularon cerca de un chip atómico diseñado especialmente para este trabajo.
Una parte de la onda permaneció en una posición fija respecto al laboratorio. La otra recibió un impulso magnético hacia arriba y pasó a un estado poco sensible al campo magnético, lo que permitió que cayera libremente por efecto de la gravedad.
Al finalizar el recorrido, otro pulso reunió las dos partes de la onda. Su interferencia permitió medir una pequeña diferencia de fase, una propiedad que describe en qué punto de su oscilación se encuentra una onda.
Una señal que coincidió con la predicción
La diferencia registrada fue la esperada al aplicar el principio de equivalencia a este sistema cuántico. De ese modo, el experimento mostró que las predicciones de Einstein son coherentes con el comportamiento observado en los átomos bajo las condiciones estudiadas.
Vlatko Vedral, investigador de Oxford y coautor del artículo, destacó que el trabajo permite explorar la mecánica cuántica en su encuentro con la gravedad y comprobar nuevamente sus predicciones.
Qué demuestra y qué queda pendiente
El alcance del resultado es concreto. La medición establece una conexión experimental entre un principio de la relatividad general y el comportamiento de una onda cuántica en caída libre.
No resuelve, sin embargo, cómo integrar ambas teorías en una explicación única de la naturaleza. Tampoco permite concluir que se haya descubierto el carácter cuántico de la gravedad.
Su importancia está en someter esa relación a una prueba controlada y medible. En una frontera de la física donde todavía persisten numerosas preguntas, el experimento aporta evidencia sobre cómo responde la materia cuántica a la gravedad.
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