Dos cuerpos masivos, suspendidos en una superposición cuántica, recuerdan a una pareja de bailarines que intenta mantener un ritmo común mientras a su alrededor una orquesta hace ruido. Cada onda gravitacional es como un músico que los saca del compás. En un nuevo trabajo, los físicos han mostrado exactamente cómo este ruido destruye la coherencia cuántica: la capacidad de una partícula de estar en varios estados a la vez.
El problema era que el aparato matemático estándar no permitía separar claramente el sistema de su entorno. Los científicos aplicaron una transformación unitaria, una especie de reajuste de coordenadas que hace que el momento del sistema dependa solo de sus propias magnitudes observables. Es como si el director de orquesta reubicara a los músicos para que su sonido no impidiera a los bailarines escucharse entre sí.
Como resultado, obtuvieron la ecuación principal que describe la evolución de un sistema cuántico bajo la influencia del ruido gravitacional. Su parte disipativa reproduce la pérdida clásica de energía por emisión de ondas gravitacionales, mientras que los términos de ruido suprimen la coherencia entre estados con diferente momento cuadrupolar de masa o diferente distancia propia.
En el límite de pequeñas fluctuaciones cuánticas alrededor de la distancia media, la dinámica se reduce a una ecuación tipo Caldeira-Leggett con una tasa de decoherencia proporcional al cuadrado de la longitud base. Esto significa que cuanto mayor es la distancia entre las masas, más rápido se destruye la superposición. Esta dependencia es un rasgo característico del carácter de marea de las ondas gravitacionales y podría ayudar a distinguir la decoherencia gravitacional de otras fuentes de ruido.
Ahora que los bailarines saben exactamente cómo la orquesta los saca del compás, pueden prepararse mejor para la actuación. La ecuación obtenida proporciona estimaciones cuantitativas para futuros experimentos con sistemas cuánticos masivos, como los interferómetros. Es un paso hacia la comprensión de cómo interactúa la gravedad con el mundo cuántico.
La tasa de decoherencia es proporcional al cuadrado de la distancia entre las masas. Esto significa que aumentar la longitud base del interferómetro no solo mejora la sensibilidad a las ondas gravitacionales, sino que también acelera la pérdida de coherencia cuántica: una especie de precio por el tamaño.
La idea de que las ondas gravitacionales puedan destruir superposiciones cuánticas resuena con el concepto de 'espuma cuántica' en la novela de Greg Egan 'La escalera de Schild', donde las fluctuaciones del espacio-tiempo afectan los procesos cuánticos.