Entendiendo la gravedad cuántica, podríamos resolver algunos de los misterios de nuestro universo, como cómo comenzó, qué sucede dentro de los agujeros negros, o unir todas las fuerzas en una gran teoría.»

Los científicos han determinado una manera de medir la gravedad en niveles microscópicos, acercándolos posiblemente a formar una teoría de «gravedad cuántica» y a resolver algunos de los mayores misterios cósmicos.

La física cuántica ofrece a los científicos la mejor descripción del universo en escalas diminutas, menores que los átomos. Por otro lado, la teoría de la relatividad general de Albert Einstein proporciona la mejor descripción de la física en escalas cósmicas enormes. Sin embargo, incluso después de 100 años de que ambas teorías hayan pasado una riqueza de verificación experimental, algo falta.

Tan robustas y precisas como las dos teorías desarrolladas a principios del siglo XX se han vuelto, se han negado a unirse.

Una de las principales razones de este dilema es que, mientras que tres de las cuatro fuerzas fundamentales del universo —el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil— tienen descripciones cuánticas, no existe una teoría cuántica de la cuarta: la Gravedad.

Ahora, sin embargo, un equipo internacional ha avanzado en abordar este desequilibrio al detectar con éxito un débil tirón gravitatorio en una partícula diminuta usando una nueva técnica. Los investigadores creen que este podría ser el primer paso tentativo en un camino que conduce a una teoría de «gravedad cuántica».

«Durante un siglo, los científicos han intentado y fallado en entender cómo la gravedad y la mecánica cuántica trabajan juntas», dijo Tim Fuchs, miembro del equipo y científico de la Universidad de Southampton, en un comunicado. «Entendiendo la gravedad cuántica, podríamos resolver algunos de los misterios de nuestro universo, como cómo comenzó, qué sucede dentro de los agujeros negros, o unir todas las fuerzas en una gran teoría.»

La gravedad recibe el tratamiento ‘espeluznante’ Quizás es apropiado que la relatividad general y la física cuántica no se lleven bien; después de todo, Einstein nunca se sintió cómodo con la física cuántica. Esto se debe a que, aunque la física cuántica tiene muchos aspectos contraintuitivos, encontró uno en particular muy problemático.

Era la noción de entrelazamiento. A riesgo de simplificar, el entrelazamiento tiene que ver con coordinar partículas de tal manera que cambiar las propiedades de una partícula altera instantáneamente las propiedades de una partícula compañera entrelazada, incluso si la compañera está ubicada en el lado opuesto del universo. Einstein llamó a esto «acción espeluznante a distancia» ya que desafiaba el concepto de realismo local.

El realismo local es la idea de que los objetos siempre tienen propiedades definidas y que las interacciones entre esos objetos están limitadas por la distancia y la velocidad de la luz, un límite de velocidad universal introducido por Einstein como la base de la relatividad especial. La relatividad especial es, de hecho, la teoría que condujo a la formulación de la relatividad general en primer lugar. Sin embargo, a pesar de las protestas de Einstein, los científicos han demostrado de hecho que el entrelazamiento y otros aspectos contraintuitivos de la física cuántica son verdaderamente factores de la realidad a escalas subatómicas.

Tal prueba se ha logrado con una multitud de experimentos pioneros. Fuchs y sus colegas, por ejemplo, siguen los pasos de físicos como Alain Aspect, John Clauser y Anton Zeilinger, quienes ganaron el Premio Nobel de Física 2022 por verificar experimentalmente la naturaleza no local del entrelazamiento.

En su nuevo experimento cuántico, los investigadores, incluidos científicos de la Universidad de Southampton, la Universidad de Leiden y el Instituto de Fotónica y Nanotecnologías, utilizaron «trampas» magnéticas superconductoras para medir el débil tirón gravitatorio en la masa más pequeña que nadie ha intentado investigar de esta manera.

La partícula diminuta fue levitada en la trampa superconductora a temperaturas de alrededor de -459.4 grados Fahrenheit (-273 grados Celsius), que es solo unas centésimas de grado por encima del cero absoluto, la temperatura hipotética en la que todo movimiento atómico cesaría. Esta frígida temperatura era necesaria para limitar las vibraciones de las partículas al mínimo muy. El equipo finalmente midió un tirón gravitatorio de 30 «attoNewtons» en la partícula.

Los attoNewtons representan una medida de fuerza; para darte una idea de cuán minúscula fue la fuerza gravitatoria sobre las partículas estudiadas, un Newton se define como la fuerza necesaria para proporcionar a una masa de un kilogramo una aceleración de un metro por segundo al cuadrado. ¡Y 30 attoNewtons es equivalente a 0.00000000000000003 Newtons!

«Ahora que hemos medido con éxito señales gravitatorias en la masa más pequeña jamás registrada, significa que estamos un paso más cerca de finalmente comprender cómo funciona en conjunto», dijo Fuchs. «Desde aquí, comenzaremos a reducir la escala de la fuente usando esta técnica hasta que alcancemos el mundo cuántico por ambos lados.»

Hendrik Ulbricht, miembro del equipo y científico de la Universidad de Southampton, dijo que este experimento allana el camino para pruebas con masas aún menores, así como la medición de fuerzas gravitatorias aún más pequeñas.

«Estamos empujando los límites de la ciencia que podrían conducir a nuevos descubrimientos sobre la gravedad y el mundo cuántico. Nuestra nueva técnica que utiliza temperaturas extremadamente frías y dispositivos para aislar la vibración de la partícula probablemente demostrará ser el camino a seguir para medir la gravedad cuántica», concluyó. «Desentrañar estos misterios nos ayudará a desbloquear más secretos sobre el tejido mismo del universo, desde las partículas más diminutas hasta las estructuras cósmicas más grandiosas.»

Fuente:

Science.org

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