La discrepancia entre la relatividad general y la mecánica cuántica se ha convertido en uno de los problemas más frustrantes de la física moderna, un desafío que ha intrigado a científicos durante décadas. En un esfuerzo por abordar este dilema, el físico Selim Shahriar, de la Universidad Northwestern en Evanston, ha propuesto un experimento innovador conocido como SUPREME-GQ, que busca recolectar datos experimentales precisos sobre la gravedad cuántica.
El experimento se fundamenta en una compleja plataforma espacial dotada de un sensor cuántico entrelazado y sistemas de posicionamiento precisos. Para entender la relevancia de esta iniciativa, es esencial analizar uno de los principios más reconocidos de la relatividad general: el Principio de Equivalencia. Este principio establece que la gravedad y la aceleración son equivalentes, una idea que ha sido fundamental en la concepción de la gravedad como una curvatura del espacio-tiempo en lugar de una fuerza fundamental.
El desafío de medir la gravedad cuántica
A medida que se exploran teorías de gravedad cuántica, surge la necesidad de examinar cómo pueden divergir la masa gravitacional y la masa inercial a escalas minúsculas, donde la mecánica cuántica comienza a dominar. Para describir esta posible desviación, los físicos utilizan un término conocido como el parámetro de Eötvös, que mide la relación entre estas dos formas de masa. En la relatividad general, se espera que sean equivalentes, pero algunas teorías de gravedad cuántica sugieren que podría haber una diferencia, representada por un valor no nulo del parámetro de Eötvös.
Hasta la fecha, el valor de este parámetro ha sido probado hasta aproximadamente 10-15 mediante el experimento MICROSCOPE, diseñado específicamente para tal fin. Sin embargo, este experimento utilizó acelerómetros tradicionales, que, aunque lograron un avance significativo, no fueron lo suficientemente precisos para medir hasta el nivel de 10-18, donde teorías como la de cuerdas predicen que podría surgir una desviación.
El objetivo del equipo de Dr. Shahriar es desarrollar una plataforma espacial que use interferómetros de átomos para restringir el valor del parámetro hasta 10-20. Este nivel de precisión podría ser clave para validar o refutar diversas teorías de gravedad cuántica. Un aspecto crucial de este proceso es entender cómo se puede aprovechar el entrelazamiento cuántico en estos interferómetros atómicos. Los interferómetros de átomos operan utilizando la dualidad de los átomos, similar a la dualidad onda-partícula de la luz, dividiendo un haz de átomos en trayectorias separadas mediante láseres.
Una de las innovaciones propuestas por el equipo es el uso de átomos de rubidio. Al dividir estos átomos y no observarlos, entran en un estado análogo al famoso experimento del gato de Schrödinger. Sin embargo, crear tal estado cuántico ha sido un reto sin precedentes, y el equipo ha desarrollado un protocolo teórico conocido como «protocolo de compresión de eco generalizado», que permitiría mantener el estado de entrelazamiento cuántico durante períodos prolongados.
Esta tecnología, denominada «Interferómetro de Átomos del Gato de Schrödinger» (SCAI), podría tener aplicaciones significativas en la Tierra, proporcionando sensores miles de veces más precisos que los acelerómetros o giroscopios convencionales, que ya se utilizan en diversas aplicaciones, desde sistemas de navegación hasta la industria automotriz. No obstante, queda mucho trabajo por hacer para demostrar que la implementación teórica de esta tecnología es viable en la práctica.
La exploración de las incertidumbres cuánticas presenta complicaciones, y la posibilidad de que el equipo de Dr. Shahriar logre desarrollar un SCAI funcional podría llevarnos a un paso más cerca de resolver uno de los dilemas más grandes en la física contemporánea. Este esfuerzo, aunque ambicioso, refleja la perseverancia de la comunidad científica en su búsqueda de comprender la naturaleza más profunda de nuestro universo.
