Un grupo de físicos teóricos, incluidos dos físicos de la Universidad de Groningen, han propuesto un dispositivo de "mesa" que podría medir las ondas de gravedad. Sin embargo, su objetivo real es responder a una de las preguntas más importantes de la física:¿es la gravedad un fenómeno cuántico? El elemento clave del dispositivo es la superposición cuántica de objetos grandes. Su diseño fue publicado en Nueva Revista de Física el 6 de agosto.

Ya en la etapa de preimpresión, el documento que fue escrito por Ryan J. Marshman, Peter F. Barker y Sougato Bose (University College London, REINO UNIDO), Gavin W. Morley (Universidad de Warwick, Reino Unido) y Anupam Mazumdar y Steven Hoekstra (Universidad de Groningen, Holanda) fue aclamado como un nuevo método para medir las ondas de gravedad. En lugar de los detectores LIGO y VIRGO del tamaño de kilómetros actuales, los físicos que trabajan en el Reino Unido y en los Países Bajos propusieron un detector de sobremesa. Este dispositivo sería sensible a frecuencias más bajas que los detectores actuales y sería fácil apuntarlos a partes específicas del cielo; en contraste, los detectores de corriente solo ven una parte fija.

Diamante

La parte clave del dispositivo es un pequeño diamante, sólo unos pocos nanómetros de tamaño. "En este diamante, uno de los carbonos se reemplaza por un átomo de nitrógeno, "explica el profesor asistente Anupam Mazumdar. Este átomo introduce un espacio libre en la banda de valencia, que se puede llenar con un electrón extra. La teoría cuántica dice que cuando el electrón se irradia con luz láser, puede absorber o no absorber la energía de los fotones. Absorber la energía alteraría el giro del electrón, un momento magnético que puede ser hacia arriba o hacia abajo.

"Al igual que el gato de Schrödinger, que está vivo y muerto al mismo tiempo, este espín de electrones absorbe y no absorbe la energía del fotón, de modo que su espín es tanto hacia arriba como hacia abajo ". Este fenómeno se llama superposición cuántica. Dado que el electrón es parte del diamante, todo el objeto, con una masa de aproximadamente 10 ^-17 kilogramos, que es enorme para los fenómenos cuánticos, está en superposición cuántica.

"Tenemos un diamante que tiene un giro hacia arriba y hacia abajo al mismo tiempo, "explica Mazumdar. Al aplicar un campo magnético, es posible separar los dos estados cuánticos. Cuando estos estados cuánticos se juntan nuevamente al apagar el campo magnético, crearán un patrón de interferencia. "La naturaleza de esta interferencia depende de la distancia que hayan viajado los dos estados cuánticos separados. Y esto puede usarse para medir ondas de gravedad". Estas ondas son contracciones del espacio, de modo que su paso afecta la distancia entre los dos estados separados y, por tanto, el patrón de interferencia.

Enlace perdido

El documento muestra que esta configuración podría detectar ondas de gravedad. Pero eso no es lo que realmente interesa a Mazumdar y sus colegas. "Un sistema en el que podemos obtener la superposición cuántica de un objeto mesoscópico como el diamante, y por un período de tiempo razonable, sería un verdadero avance, "Dice Mazumdar." Permitiría tomar todo tipo de medidas, y uno de ellos podría usarse para determinar si la gravedad en sí es un fenómeno cuántico ”. La gravedad cuántica ha sido el 'eslabón perdido' en la física durante casi un siglo.

En un artículo publicado en 2017, Mazumdar y su colaborador de mucho tiempo Sougato Bose, junto con varios compañeros, sugirió que el entrelazamiento entre dos objetos mesoscópicos podría usarse para averiguar si la gravedad en sí es un fenómeno cuántico. En pocas palabras:el entrelazamiento es un fenómeno cuántico, así que cuando dos objetos que interactúan solo a través de la gravedad muestran un entrelazamiento, esto prueba que la gravedad es un fenómeno cuántico.

Tecnología

"En nuestro último artículo, describimos cómo crear una superposición cuántica mesoscópica. Con dos de estos sistemas, pudimos mostrar un enredo ". Sin embargo, como notaron durante su trabajo, el sistema único sería sensible a las ondas gravitacionales y esto se convirtió en el foco de la Nueva Revista de Física papel.

"La tecnología para construir estos sistemas podría tardar algunas décadas en desarrollarse, "Reconoce Mazumdar. Un vacío de 10 ^-15 Se requiere Pascal, mientras que la temperatura de funcionamiento debe ser lo más baja posible, cerca del cero absoluto (-273 ° C). "La tecnología para lograr alto vacío o baja temperatura está disponible, pero necesitamos la tecnología para lograr ambas cosas al mismo tiempo ". Además, el campo magnético debe ser constante. "Cualquier fluctuación colapsaría la superposición cuántica".

Caida libre

La recompensa por crear este tipo de sistema sería excelente. "Podría utilizarse para todo tipo de mediciones en campos como la física de energía ultrabaja o la computación cuántica, por ejemplo ". Y podría, por supuesto, utilizarse para determinar si la gravedad es un fenómeno cuántico. Mazumdar, Bose y sus colegas acaban de subir otra preimpresión en la que describen cómo se podría realizar este experimento. "Para garantizar que la única interacción entre los dos objetos enredados sea la gravedad entre ellos, el experimento debe realizarse en caída libre, "explica Mazumdar. Con visible entusiasmo, describe un pozo de caída de un kilómetro de largo en una mina profunda, para reducir la interferencia. Dos sistemas cuánticos mesoscópicos entrelazados deben dejarse caer repetidamente para obtener una medición confiable. "Creo que esto se puede hacer durante mi vida. Y el resultado finalmente resolvería una de las preguntas más importantes de la física".