Observan la gravedad de Einstein en el mundo cuántico

La nota de prensa refleja el estudio con exquisita precisión. De todos modos, hay un par de puntos que quizá habrían merecido una mayor claridad, dada la importancia que tienen tanto el artículo como la revista en que aparece publicado. En la nota de prensa, cuando se habla del: pulso que se divide en dos, y una de las partes es empujada hacia arriba con la ayuda de un pulso magnético controlado, para luego convertirla en un estado “casi no afectado por el campo magnético”, para que pueda caer libremente por gravedad. ¿Cuál es aquí la afectación remanente, en valor numérico o porcentual? ¿Afecta esto a la pretendida caída libre?

Tampoco he acabado de entender la frase, en la parte final de la nota de prensa (al acabar el quinto párrafo por la cola), en que se afirma que “este complejo experimento aporta nuevas pistas sobre cómo llevar a cabo la unificación [de la gravedad Einstenianana y la física cuántica].” A mi modesto entender, el trabajo realizado se limita estrictamente a ratificar de manera experimental que los cálculos teóricos realizados desde hace cien años sobre las modificaciones cuánticas al principio de equivalencia son correctos. Tal vez se refiere (aunque esto se podría explicar en la nota de prensa con mayor claridad) a que ulteriores experimentos, a realizar con partículas más grandes, podrían ser capaces de explorar regímenes más cercanos a la transición clásico-cuántica, mucho más difíciles de abordar de manera teórica. Aquí la experimentación podría adelantarse a la teoría, cosa que sería muy positiva.

La otra cuestión se refiere a las conclusiones del trabajo (pág. 5, 2ª columna, al principio), cuando se afirma que “hemos confirmado la fase predicha con un alto nivel de confianza…” Uno se pregunta enseguida ¿cómo de alto? Creo que esta pregunta se les escapó, probablemente, a los referees del artículo.

El estudio es de buena calidad y la redacción es excelente, empezando por el abstract y la introducción, y terminando por las conclusiones. En este sentido creo que elaborar la nota de prensa ha debido resultar tarea bastante fácil. Como lo ha sido también escribir la presente reacción sobre el artículo. Ha sido harto difícil encontrar algún pero.

Las conclusiones son respaldadas en el trabajo por datos sólidos, bien establecidos y corroborados desde hace años, como queda perfectamente recogido en la bibliografía de la publicación. El trabajo encaja muy bien con la evidencia teórica existente. Este punto es positivo. De todos modos, para no dejar nada en el tintero, tal vez convenga recordar el conocido dicho de que, cuando se lleva a cabo un experimento sabiendo de antemano lo que tiene que salir, resulta más fácil ajustar el resultado. Entiéndase bien, esta es una observación puramente genérica, de ningún modo pretende poner en entredicho el rigor del dispositivo experimental, que juzgo, a tenor de lo que se describe, muy bien controlado.

Pero sí que se me ocurre añadir la siguiente “gedanken” situación. Imaginemos por un momento que, con el mismo rigor experimental aquí empleado, el resultado hubiese discrepado del teórico, tras haber repasado una y mil veces el dispositivo experimental. ¿Qué habría ocurrido en tal caso? 

Finalmente, a primera vista, tal vez cueste determinar cuáles son las implicaciones precisas para el mundo real del importante resultado obtenido. Aunque, de hecho, las tiene, cuando menos indirectamente: confirma una vez más, y de manera brillante, que las teorías fundamentales de la física están firmemente establecidas. Y esta firmeza la podemos trasladar de inmediato al enorme número de aplicaciones prácticas en el mundo real que tienen las mismas, a muy diversas escalas y niveles.

El resultado del trabajo nos confirma que estamos pisando tierra firme, incluso si nos situamos (siempre y cuando nuestro peso no sobrepase ciertos límites) sobre el esbelto puente que empieza a conectar la gravedad clásica con la física cuántica.

El principio de equivalencia, en su versión formulada por Einstein, establece que los únicos sistemas de referencia auténticamente libres de fuerzas son los que están en caída libre. Esto choca con nuestra intuición de que si estamos quietos en la superficie de la Tierra no hay ninguna fuerza actuando sobre nosotros. En realidad, la gravedad está tirando de nosotros hacia abajo, lo cual se compensa con una fuerza opuesta de reacción del suelo. Ese efecto se anula dejándose caer. Por ello, los auténticos sistemas de referencia privilegiados, en los cuales funciona estrictamente el principio de relatividad (o sea, las leyes de la física tienen la misma forma), son aquellos que están en caída libre. En cambio, los que están en reposo en la Tierra son sistemas acelerados y que, por tanto, no son equivalentes. Si lanzamos un balón de baloncesto, el sistema de referencia en caída libre medirá una trayectoria en línea recta, como corresponde a una trayectoria a velocidad constante, o sea, libre de fuerzas, mientras que un sistema acelerado medirá la trayectoria curva que nos es familiar. Estas diferencias pueden calcularse con transformaciones de coordenadas dentro del marco de la teoría de la relatividad.

El experimento que se publica hoy en Science Advances es el equivalente cuántico a esta idea, ya que mide las diferencias entre un sistema de referencia en caída libre y otro en reposo en la superficie de la Tierra, pero realizado con sistemas físicos regidos por la física cuántica, en este caso, átomos de rubidio enfriados hasta temperaturas ultrabajas. Lo relevante es entonces el efecto sobre la función de onda cuántica. Para medir las diferencias entre una función de onda atómica en caída libre y otra en reposo, el experimento se hace con un interferómetro: un aparato que guía a las funciones de onda por distintos caminos según su estado cuántico. La gravedad en sistemas cuánticos ha sido observada muchas veces en distintos experimentos en las últimas décadas, e incluso en ocasiones usando interferómetros atómicos similares. La novedad no es esa, sino que en este caso se mide en concreto el efecto sobre la función de onda —en otras palabras, la diferencia de fase— en lugar de, por ejemplo, el valor de la aceleración de la gravedad, como en experimentos previos. Para ello, hay que modificar el interferómetro para que en uno de sus brazos la gravedad se compense mediante campos magnéticos -el equivalente a anclar un objeto en la superficie de la Tierra- mientras que en otro brazo actúe libremente. A este ingenioso dispositivo los autores lo llaman Interferómetro Cuántico de Galileo (QGI por sus siglas en inglés). Los resultados parecen ajustarse bien a las predicciones relativistas basadas en el principio de equivalencia. Es un experimento bonito y altamente sofisticado, que proporciona un complemento teórico elegante a los resultados ya conocidos sobre gravedad en sistemas cuánticos.