Rozamos la gravedad cuántica

Los científicos han detectado la atracción de la gravedad a escala microscópica en una hazaña que sienta las bases para investigar su naturaleza en el misterioso reino cuántico.

Aunque la gravedad fue descubierta por Isaac Newton, su funcionamiento en el diminuto mundo cuántico ha desconcertado a los expertos durante mucho tiempo. Incluso Einstein se mostró perplejo ante la gravedad cuántica y afirmó que no había un experimento realista que pudiera demostrar una versión cuántica de la gravedad.

Sin embargo, un equipo de físicos de la Universidad de Southampton, en colaboración con otros científicos europeos, ha logrado detectar por primera vez una débil atracción gravitatoria en una partícula diminuta utilizando una nueva técnica. Este avance podría allanar el camino para encontrar la escurridiza teoría de la gravedad cuántica.

El experimento, publicado en la revista Science Advances, empleó imanes levitantes para detectar la gravedad en partículas microscópicas, lo suficientemente pequeñas como para rozar el reino cuántico. El autor principal, Tim Fuchs, de la Universidad de Southampton, señaló que estos resultados podrían ayudar a encontrar la pieza faltante en nuestro rompecabezas de la realidad.

El siguiente paso será escalar la fuente de gravedad utilizando esta técnica hasta llegar al mundo cuántico en ambos extremos. Es decir, detectar la gravedad cuántica.

Reino cuántico

La reglas del reino cuántico aún no se comprenden completamente, pero se cree que las partículas y las fuerzas a escala microscópica interactúan de manera diferente que los objetos de tamaño regular, particularmente en lo que se refiere a la atracción gravitatoria.

Para profundizar en esta hipótesis, científicos de la Universidad de Leiden en los Países Bajos y del Instituto de Fotónica y Nanotecnologías en Italia, utilizaron un sofisticado montaje con dispositivos superconductores, conocidos como trampas, campos magnéticos, detectores sensibles y aislamiento avanzado de vibraciones.

Con estas herramientas, lograron medir una atracción débil, un minúsculo tirón gravitacional de 30 quintillón de newton sobre una partícula de menos de un milímetro de ancho. Incluso consiguieron levitarla a temperaturas extremadamente frías, de apenas una centésima de grado por encima del cero absoluto, alrededor de -273 grados Celsius.

Estos resultados abren la puerta a futuros experimentos con objetos y fuerzas aún más pequeños, aseguran estos investigadores.

El profesor de Física Hendrik Ulbricht, uno de los protagonistas de esta proeza, asegura: "estamos empujando los límites de la ciencia, lo que podría conducir a nuevos descubrimientos sobre la gravedad y el mundo cuántico".

Más cerca de la gravedad cuántica

La comprensión de la gravedad cuántica podría resolver algunos de los misterios de nuestro universo, como su origen, lo que sucede dentro de los agujeros negros o la unificación de todas las fuerzas en una gran teoría.

La gravedad cuántica es un campo de la física teórica que busca unificar la teoría cuántica de campos (que describe tres de las fuerzas fundamentales de la naturaleza) con la relatividad general, que es la teoría de la cuarta fuerza fundamental: la gravedad.

La gravedad cuántica tiene como objetivo establecer una base matemática unificada que describa el comportamiento de todas las fuerzas de la naturaleza, pero a diferencia de otras teorías, requiere un tratamiento especial debido a la infinitud de ciertos cálculos.

En la pista del gravitón

Aunque tanto la teoría cuántica de campos como la relatividad general han sido altamente exitosas en sus respectivos dominios, existen situaciones en las que difieren notablemente. La gravedad cuántica podría resolver estas discrepancias, como las que se observan en los primeros momentos del universo o en situaciones con singularidades espaciotemporales.

La gravedad cuántica postula incluso la existencia de una entidad teórica llamada gravitón, una partícula virtual que mediaría la fuerza gravitacional. Comprobar su existencia nos permitiría comprender mejor cómo surgió el universo y cómo funciona la gravedad en escalas cuánticas. Pero todavía estamos lejos de alcanzar esos descubrimientos, aunque esta investigación probablemente marca el camino hacia la primera medición de la gravedad cuántica.

Referencia

Measuring gravity with milligram levitated masses. Tim M. Fuchs et al. Science Advances, 23 Feb 2024, Vol 10, Issue 8. DOI:10.1126/sciadv.adk2949