Un experimento realizado en Australia ha logrado una de las demostraciones más avanzadas hasta la fecha de la física cuántica: comprobar que átomos con masa pueden encontrarse en superposición y entrelazarse cuánticamente, un hito que podría acercar a la ciencia a la futura “teoría del todo”, el marco teórico que aspira a unificar la gravedad y la mecánica cuántica.
Un experimento australiano confirma la “acción fantasmal a distancia” de Einstein
Lo que Albert Einstein describió con escepticismo como una “acción fantasmal a distancia” acaba de recibir una nueva confirmación experimental. Un equipo de la Universidad Nacional de Australia ha demostrado por primera vez el entrelazamiento cuántico utilizando el momento de átomos de helio, una propiedad física asociada a su movimiento.
El estudio, publicado en la revista científica Nature Communications, constituye un avance técnico de gran relevancia para la física contemporánea, ya que abre nuevas posibilidades para investigar cómo interactúan la gravedad y el mundo cuántico.
Qué significa que un átomo esté en dos lugares a la vez
La superposición cuántica permite que una partícula exista simultáneamente en varios estados o posiciones posibles hasta que se realiza una medición. En términos simplificados, implica que una partícula puede comportarse como si estuviera en dos lugares a la vez.
Este fenómeno está estrechamente ligado al entrelazamiento cuántico, por el que dos partículas quedan correlacionadas de tal forma que cualquier medición sobre una afecta instantáneamente a la otra, independientemente de la distancia que las separe.
Según explicó el físico Sean Hodgman, responsable principal del experimento, los resultados “confirman predicciones formuladas hace más de un siglo sobre la capacidad de la materia para existir en múltiples lugares simultáneamente e interferir consigo misma”.
Más allá de los fotones: el reto de demostrar el entrelazamiento con masa
Hasta ahora, el entrelazamiento cuántico se había demostrado principalmente con fotones —partículas de luz sin masa— o mediante propiedades internas de los átomos, como el espín.
La novedad de este trabajo reside en que utiliza átomos con masa, un factor esencial porque la masa está sometida a la gravedad. Esto convierte el experimento en un paso especialmente relevante para futuras investigaciones sobre gravedad cuántica.
“Experimentalmente es extremadamente difícil demostrarlo”, señaló Yogesh Sridhar, autor principal del estudio. Según explicó, diversos grupos científicos habían intentado anteriormente alcanzar este resultado sin éxito.
Así se realizó el experimento con átomos de helio ultrafríos
Condensado de Bose-Einstein y colisión controlada
Para llevar a cabo el experimento, los investigadores enfriaron nubes de átomos de helio a temperaturas cercanas al cero absoluto, creando un condensado de Bose-Einstein, un estado de la materia en el que los átomos actúan colectivamente como una única onda cuántica.
Posteriormente, hicieron colisionar dos de esas nubes mediante pulsos de láser cuidadosamente calibrados.
Un interferómetro para medir trayectorias imposibles
Tras la colisión, los átomos no siguieron una única trayectoria, como cabría esperar en la física clásica, sino múltiples trayectorias simultáneas con distintos momentos.
Mientras caían por efecto de la gravedad, atravesaron un interferómetro Rarity-Tapster, un dispositivo diseñado para medir con extrema precisión su comportamiento cuántico antes de impactar en un detector.
Los resultados mostraron una violación de la desigualdad de Bell, el criterio matemático utilizado para confirmar experimentalmente la no localidad cuántica, es decir, que el entrelazamiento observado no puede explicarse mediante teorías clásicas ni por simples correlaciones estadísticas.
Por qué este hallazgo acerca a la física a la teoría del todo
Uno de los grandes desafíos de la ciencia moderna es que sus dos teorías fundamentales no encajan entre sí.
Por un lado, la relatividad general de Einstein describe con enorme precisión la gravedad y el comportamiento del universo a gran escala. Por otro, la mecánica cuántica explica el funcionamiento del mundo subatómico.
Sin embargo, ambas teorías resultan incompatibles cuando se aplican simultáneamente a un mismo sistema.
El nuevo experimento supone un avance porque trabaja con partículas que poseen masa y, por tanto, están sujetas a la gravedad, lo que permite estudiar fenómenos en la frontera entre ambos marcos teóricos.
“Si un átomo puede seguir varias trayectorias al mismo tiempo y cada una experimenta una gravedad distinta, todavía no sabemos cómo describir ese sistema dentro de la relatividad general”, admitió Hodgman.
Próximos pasos: más distancia y nuevas pruebas con isótopos
Pese al avance, el experimento todavía presenta limitaciones técnicas. Para cerrar completamente la denominada “laguna de localidad” —y descartar cualquier posibilidad de comunicación sublumínica entre partículas— los átomos deberían estar separados al menos 30 centímetros durante la medición.
En el montaje actual, el detector empleado mide apenas 8 centímetros de ancho.
Nuevos experimentos con helio-3 y helio-4
El equipo también planea entrelazar distintos isótopos de helio, como helio-3 y helio-4, con el objetivo de poner a prueba el principio de equivalencia débil, uno de los fundamentos de la relatividad general.
Este tipo de experimentos podría ofrecer pistas inéditas sobre cómo se comporta la gravedad en sistemas cuánticos.
Un universo más extraño de lo que imaginaba Einstein
El hallazgo refuerza la idea de que la realidad subatómica sigue desafiando la intuición humana y confirma que incluso la materia ordinaria, con masa y peso, puede exhibir comportamientos profundamente contraintuitivos.
Más de un siglo después de que Einstein cuestionara estas predicciones, la física experimental sigue mostrando que el universo es todavía más extraño —y fascinante— de lo que el propio científico estuvo dispuesto a aceptar.
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