Gravedad cuántica: Una nueva prueba de la naturaleza cuántica de la gravedad.
La mayoría de los candidatos a una fórmula universal contienen una versión de la gravedad en física cuántica. Un nuevo experimento ahora puede probar si la gravedad es verdaderamente cuántica.
© Schulz/Getty Images/iStock (detalles)
¿Sigue la gravedad, al igual que las fuerzas nucleares y el electromagnetismo, las extrañas leyes de la física cuántica? Un nuevo experimento podría responder a esta pregunta.
Nuestros modelos físicos describen el mundo bien, muy bien de hecho. Porque una cosa es segura: las teorías actuales no son correctas. Para obtener una fórmula universal que describa los fenómenos más pequeños y más grandes, hay que combinar las cuatro fuerzas fundamentales conocidas. Esto ha funcionado hasta ahora para tres de ellos: las fuerzas electromagnéticas, así como las fuerzas nucleares débiles y fuertes, han recibido un marco unificado mediante teorías de campos cuánticos que describen perfectamente el mundo subatómico. Pero hasta ahora la gravedad ha eludido esta formalidad. Por lo tanto, una de las preguntas más urgentes en física fundamental es si la gravedad, como otras fuerzas fundamentales, tiene la esencia de la física cuántica o si es fundamentalmente diferente de todas las demás fuerzas.
Los físicos llevan varios años trabajando en experimentos para responder a esta pregunta. La idea más común para tal intento es conectar dos objetos masivos entre sí mediante un efecto mecánico cuántico: creando el llamado «entrelazamiento» entre las dos masas. Pero esto resultó ser una tarea enorme. Estos casos interconectados son muy delicados; Además, la gravedad es la más débil de las cuatro fuerzas fundamentales, por lo que se necesitaría mucha precisión para un experimento de este tipo. La implementación todavía parece difícil de alcanzar. Ahora un equipo dirigido por el físico Ludovico Lami de la Universidad de Amsterdam ha presentado una idea experimental que podría probar la naturaleza cuántica de la gravedad de una forma completamente nueva.
Como investigadores en su trabajo. El trabajo se publica en Physical Review X en mayo de 2024. Como mostramos, el entrelazamiento entre dos masas no sería necesario para tal experimento. En cambio, describieron una configuración que constaba de dos objetos con forma de mancuerna que pesaban menos de un gramo. Las dos mancuernas se colgaron paralelas entre sí para que pudieran balancearse libremente. La distancia entre ellos se elige de modo que sientan la atracción gravitacional mutua, pero la fuerza de Casimir no influye. El escudo entre los dos objetos también debe evitar que fuerzas electromagnéticas o de otro tipo afecten el experimento.
Péndulo con dos mancuernas
El equipo de Lamy investigó cómo vibrarían los objetos con forma de mancuerna si la gravedad realmente tuviera una naturaleza cuántica. Como descubrieron los investigadores, el movimiento de la mancuerna se puede detener con una fuerza mínima. Por lo tanto, sólo hay que observar las oscilaciones de masas pequeñas: si los objetos permanecen estacionarios después de aplicar una fuerza, entonces la gravedad tiene la esencia de la física cuántica. Sin embargo, realizar una medición de este tipo es muy difícil: las más mínimas vibraciones del entorno distorsionarían el experimento.
Por ello, los investigadores sugieren repetir el experimento con frecuencia y utilizar láseres dirigidos a objetos con forma de mancuerna para detectar incluso los desplazamientos más pequeños. Si la tasa de búsqueda de objetos estacionarios al final del procedimiento supera un cierto umbral, se puede suponer que se está cuantificando la gravedad, escribieron los expertos. Para calcular este umbral, tuvieron que «integrar y optimizar técnicas matemáticas complejas de la teoría de la información cuántica». Al-Lami dijo a la Sociedad Estadounidense de Física.
El experimento descrito es hasta ahora sólo una construcción teórica. Incluso si ya se dispone de las tecnologías necesarias, pueden surgir problemas prácticos inesperados durante la realización del experimento. La configuración experimental que eventualmente permitirá comprender la verdadera naturaleza de la gravedad se determinará en el laboratorio, no en una hoja de papel.
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