¿Es la gravedad una cantidad? Una nueva experiencia para explorar las profundidades del universo.

• Los científicos están desarrollando un experimento para comprobar si la gravedad es cuántica o no
• En la mecánica cuántica, que describe el comportamiento de los átomos y las moléculas, las cosas se comportan de manera diferente a todo lo que conocemos: pueden estar en un estado de superposición cuántica tal que estén en dos lugares al mismo tiempo.
• Ahora, los científicos están buscando una manera de determinar si la gravedad funciona de esta manera, haciendo levitar pequeños diamantes en el vacío.
• Si la gravedad fuera cuántica, los diamantes estarían “entrelazados”, un fenómeno interesante que conecta fuertemente dos objetos de maneras que son imposibles en la vida cotidiana.
• Esta investigación ayudará a comprender los agujeros negros la gran explosióny el universo

Experimento de gravedad cuántica

Los científicos están desarrollando un experimento para comprobar si la gravedad es cuántica, una de las cuestiones más profundas sobre nuestro universo.

La relatividad general y la mecánica cuántica son nuestras dos descripciones básicas 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.

El desafío de unificar teorías

Podría decirse que el problema sin resolver más importante de la física fundamental es la forma correcta de combinar estas dos teorías: determinar si la gravedad opera a nivel cuántico. Si bien el trabajo teórico ha sugerido muchas posibilidades, se necesitan experimentos para comprender completamente el comportamiento de la gravedad.

Un rayo láser en el laboratorio de Gavin Morley explora las propiedades cuánticas de los diamantes. Crédito: Gavin Morley

Una experiencia revolucionaria del consorcio global

Durante cien años, los experimentos sobre la naturaleza cuántica de la gravedad parecían descabellados, pero ahora científicos de las universidades de Warwick, University College London, Yale (EE.UU.), Northwestern (EE.UU.) y Groningen (Países Bajos) trabajarán juntos para Investiga este rompecabezas. .

Su nueva idea es elevar dos pequeños diamantes al vacío y colocarlos en una superposición cuántica de estar en dos lugares al mismo tiempo. Este comportamiento contrario a la intuición es una característica fundamental de la mecánica cuántica.

La visión del profesor Morley sobre el experimento.

Cada diamante puede considerarse como una versión más pequeña del gato de Schrödinger. Investigador principal Profesor Gavin Morley, Departamento de Física, Universidad de WarwickExplica: “El gato de Schrödinger es un experimento mental que sugiere que sería realmente extraño que los objetos cotidianos (¡y las mascotas!) estuvieran en un estado de superposición cuántica por estar en dos lugares a la vez. Queremos probar los límites de esto idea.”

“Hemos colocado con éxito átomos y moléculas en este estado de superposición, pero queremos hacerlo con objetos mucho más grandes. Nuestros diamantes están formados por mil millones o más de átomos. Para probar la naturaleza cuántica de la gravedad, debemos buscar interacciones entre dos de estos diamantes debido a la gravedad”.

“Si la gravedad fuera cuántica, sería capaz de entrelazar dos diamantes. El entrelazamiento es un efecto cuántico único en el que dos cosas están conectadas más fuertemente de lo que es posible en nuestra vida cotidiana. Por ejemplo, si dos monedas pudieran entrelazarse, podría encontrar que cuando los volteas, bajan de la misma manera incluso si es imposible saber si serán cara o cruz.

Desafíos y repercusiones

Todavía quedan muchos desafíos para hacer realidad esta idea, que el equipo investigará durante el proyecto. “Por ejemplo, necesitamos eliminar todas las interacciones entre nanopartículas distintas de la gravedad, lo cual es muy difícil porque la gravedad es muy débil”, dice el Dr. David Moore, de Universidad de Yale.

El profesor Morley, director fundador de Warwick Quantum, una nueva iniciativa multidisciplinaria de investigación de tecnología cuántica, añadió: “Para mí, el problema más importante en física en este momento es desarrollar un experimento que pueda probar la naturaleza cuántica de la gravedad. Este nuevo proyecto es una aceleración de nuestro apasionante viaje hacia precisamente eso.

Perspectivas de académicos colaboradores

El profesor Sugato Bose, del University College de Londres, comentó: “Es difícil exagerar lo importante que es para los físicos realizar experimentos que puedan descubrir la forma correcta de combinar la mecánica cuántica y la relatividad general. Las personas que trabajan en teorías de la gravedad cuántica, como La teoría de cuerdas suele centrarse en lo que sucede a altas energías, cerca de los agujeros negros y en el Big Bang.

“Por el contrario, nuestro trabajo se realiza en el régimen de baja energía aquí en la Tierra, pero también proporcionará información invaluable sobre… si La gravedad es cuántica. El experimento también puede considerarse una verificación de la predicción general de cualquier teoría cuántica de la gravedad a bajas energías.

El profesor Anupam Mazumdar, 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 exóticas de la gravedad newtoniana en distancias cortas”.

“Este es un experimento desafiante, y este proyecto es innovador al abordar algunos de los desafíos técnicos clave para hacer realidad estas pruebas de los aspectos cuánticos de la gravedad”, dice Andrew Geraci, profesor asociado de física. Northwestern University.

El proyecto se llama “MAST-QG: Superposiciones macroscópicas para observar la naturaleza cuántica de la gravedad”.