El año pasado, Anupam Mazumdar, un físico de la Universidad de Groningen, junto con colegas del Reino Unido propusieron un experimento que podría probar de manera concluyente si la gravedad es un fenómeno cuántico. Este experimento se enfocaría en observar dos relativamente grandes, sistemas cuánticos entrelazados en caída libre. En un nuevo artículo, publicado el 4 de junio en Investigación de revisión física , los científicos describen con más detalle cómo se podrían reducir dos tipos de ruido. Sugieren que la interferencia cuántica podría aplicarse en la producción de un instrumento sensible que podría detectar movimientos de objetos que van desde mariposas hasta ladrones y agujeros negros.

En el centro de este experimento hay un diamante minúsculo, solo unos pocos nanómetros de tamaño, en el que uno de los átomos de carbono ha sido reemplazado por un átomo de nitrógeno. Según la física cuántica, el electrón extra en este átomo absorbería o no absorbería la energía fotónica de un láser.

Diamante

La absorción de la energía alteraría el valor de espín 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, por lo que su giro es tanto hacia arriba como hacia abajo, "Mazumdar explica. Este proceso da como resultado la superposición cuántica de todo el diamante. 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.

Este diamante es lo suficientemente pequeño para sostener esta superposición, pero también es lo suficientemente grande como para verse afectado por la fuerza de la gravedad. Cuando dos de estos diamantes se colocan uno al lado del otro en condiciones de caída libre, solo interactúan a través de la fuerza de gravedad entre ellos. El experimento fue diseñado originalmente para probar si la gravedad en sí misma es un fenómeno cuántico. Simplemente pon, como el entrelazamiento es un fenómeno cuántico, el entrelazamiento de dos objetos que interactúan solo a través de la gravedad serviría como prueba de que la gravedad es un fenómeno cuántico.

Colisión

Cualquier masa en movimiento tendrá un efecto en este sistema cuántico tan sensible. En su último artículo, Mazumdar y sus colegas describen cómo se pueden reducir estas alteraciones. Sin embargo, También es evidente que este sistema podría usarse para detectar masas en movimiento. La primera fuente de ruido es la colisión del gas con la cápsula experimental en caída libre. Incluso el impacto de los fotones puede crear perturbaciones. "Nuestros cálculos muestran que estos efectos se minimizan al colocar la cápsula experimental dentro de un recipiente más grande, que crea un ambiente controlado, "Mazumdar explica.

Dentro de tal contenedor exterior, este ruido es insignificante a una presión de 10 ^-6 Pascal, incluso a temperatura ambiente. Los requisitos para las condiciones dentro de la cápsula experimental son más estrictos. En la actualidad, los científicos estiman una presión requerida de 10 ^-15 Pascal en alrededor de 1 Kelvin. Dado el estado actual de la tecnología, esto aún no es factible, pero Mazumdar espera que sea posible dentro de unos 20 años.

Basura espacial

Objetos en movimiento, incluso tan pequeño como una mariposa, ubicados cerca del sitio experimental constituyen una segunda fuente de ruido. Los cálculos revelan que este ruido también se puede mitigar con relativa facilidad limitando el acceso al sitio experimental. Las personas deben mantener una distancia de al menos 2 metros del sitio experimental. y los automóviles deben mantener una distancia mínima de 10 metros del sitio. Pasar aviones a una distancia de más de 60 metros del sitio experimental no representaría un problema. Todos estos requisitos se pueden cumplir fácilmente.

Una vez que el experimento esté en marcha, su alcance podría extenderse más allá de una investigación de la gravedad cuántica, según Mazumdar. "Podrías ponerlo en una nave espacial, donde está en caída libre todo el tiempo. Luego, podría usarlo para detectar desechos espaciales entrantes. Utilizando varios sistemas, incluso sería posible obtener la trayectoria de los escombros ". Otra opción es colocar un sistema de este tipo en el cinturón de Kuiper, donde sentiría el movimiento de nuestro sistema solar en el espacio. "Y podría detectar cualquier agujero negro cercano, ", Agrega Mazumdar.

De vuelta a la Tierra el sistema cuántico sería capaz de detectar movimientos tectónicos y quizás proporcionar alertas tempranas de terremotos. Y, por supuesto, La sensibilidad del sistema cuántico a cualquier movimiento que ocurra cerca de él lo convertiría en un ideal, si algo complejo, sensor de movimiento y alarma antirrobo. Pero por ahora, la atención durante las próximas décadas se centra en determinar si la gravedad es un fenómeno cuántico.