experimentos de gravedad cuántica en laboratorio

Un ordenador cuántico normalmente se parece a una cadena de montaje: las operaciones van una tras otra y cada error se acumula. En el nuevo trabajo, los físicos probaron un camino diferente: una arquitectura donde el cálculo surge del propio proceso de medición. Tomaron 56 iones en una trampa y tejieron con ellos una nube tridimensional de partículas entrelazadas.

Dos pequeñas pesas, cada una del peso de un grano de arena, cuelgan en la oscuridad a una temperatura más fría que el espacio exterior. No se tocan, pero entre ellas hay un hilo invisible: la gravedad. El experimento que ahora construyen los físicos debe captar el momento en que ese hilo tira de una pesa debido al movimiento de la otra.

El vacío no es tan vacío como parece. Si un observador se mueve con aceleración, el vacío a su alrededor se calienta: esto lo predijo William Unruh ya en los años 1970. El efecto es similar a la radiación de un agujero negro, pero en un espacio plano.

Un imán del tamaño de un grano de arroz flota en el vacío sin tocar las paredes. Lo sostiene el campo magnético de una trampa superconductora: un anillo enfriado a un estado en el que la corriente fluye sin resistencia.

El principio de equivalencia débil, verificado tácitamente desde los tiempos de Galileo y convertido en la base de la relatividad general, afirma que todos los cuerpos caen igual, independientemente de su composición interna.

Una piedra cae en un pozo y el chapoteo llega a los oídos con retraso. Algo parecido le ocurre a la luz cuando escapa de la Tierra: sus oscilaciones se vuelven menos frecuentes, el rayo parece «cansarse». Esto es el corrimiento al rojo gravitacional — un fenómeno del que habló Einstein hace cien años.

El haz de una linterna en una habitación oscura puede mantener una mota de polvo casi inmóvil: así funcionan las pinzas ópticas. Pero la luz no solo empuja la partícula, también la sacude con empujones aleatorios. Cada fotón absorbido la golpea como un martillo invisible.

Dos bolas colgadas de hilos oscilan una al lado de la otra. Cada una se mueve por su cuenta, pero entre ellas hay un vínculo invisible: la atracción de sus masas. Si la gravedad es cuántica, podría unirlas en un todo: tiras de una y la otra responde, sin tocarse.

Los relojes no son solo agujas. Todo núcleo atómico es un metrónomo natural: oscila con una regularidad casi perfecta. Si se eleva un metrónomo de estos un par de metros, su ritmo se acelera ligeramente: esto es la curvatura del tiempo, predicha por Einstein.

Galileo, según la leyenda, arrojaba esferas desde la torre inclinada de Pisa para demostrar que los objetos pesados y ligeros caen a la misma velocidad. Esta ley sentó las bases de la teoría de la gravedad de Einstein. Hoy, los científicos han convertido en esa torre toda una estación espacial.

Una balanza de muelle en la mochila de un geólogo responde con sensibilidad a cada montaña y depresión bajo sus pies. Pero el muelle se cansa y sus lecturas se desvían: el instrumento debe contrastarse con un patrón de vez en cuando.

En un laboratorio tranquilo, sobre una mesa, hay un dispositivo del tamaño de un microondas. Dentro, una bobina se desliza suavemente hacia arriba y hacia abajo mientras un ordenador registra las señales eléctricas. Así es la versión de sobremesa de la balanza de Kibble, un aparato que vincula la masa con las constantes cuánticas.

Desde los tiempos de Galileo se creía que en el vacío todos los cuerpos caen por igual. Einstein lo elevó a principio: la gravedad se transmite a la velocidad de la luz y es una curvatura del espacio-tiempo.

De un hilo fino, cientos de veces más delgado que un cabello humano, cuelga un peso similar al de una manzana pequeña. El hilo no se rompe y apenas estorba el balanceo del peso. Esta estructura es el corazón de una nueva balanza de laboratorio para medir la fuerza de atracción.

La teoría de la gravedad de Einstein — la relatividad general — casi no se encuentra con la física cuántica en experimentos directos. Aquí los científicos construyeron sobre una mesa un laberinto de vidrio de 50 kilómetros y lanzaron fotones individuales.

En la naturaleza todo es cíclico: se multiplican las liebres, prosperan los zorros, se acaban las liebres, los zorros mueren, y el ciclo se repite. Este modelo de «depredador-presa» se inventó hace un siglo y funciona en todas partes: desde la química hasta la economía. Los físicos llevaron esta trama al escenario atómico.

En 2022, los físicos observaron cómo la gravedad desplaza la fase de la onda de un solo átomo, el efecto Aharonov-Bohm para la gravedad. Este experimento se sumó a un largo debate: ¿hay que cuantizar la gravedad o permanecerá como un fondo clásico en el mundo cuántico?