Los físicos creen que la fuerza de gravedad puede estar detrás de las dificultades para observar el comportamiento cuántico en objetos grandes; este constituye uno de los problemas más grandes que plantea el estudio de la relatividad.
Para comprobarlo, bastaría un experimento que demostrara que el estado cuántico de un objeto es lo suficientemente masivo como para medir el efecto de la gravedad sobre él, y los científicos han encontrado el instrumento perfecto para ello: LIGO, el observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser.
De hecho, en sus más recientes experimentos, los autores de un artículo publicado en la revista Science descubrieron que LIGO, en efecto, puede ayudar a comprender los estados cuánticos de objetos de tamaño en humano. Es decir, el estudio de estos aspectos no debería limitarse solo a partículas subatómicas.
Uno de los grandes problemas de la relatividad
Por lo general, los informes de fenómenos cuánticos involucran partículas diminutas que, de hecho, son imperceptibles para el ojo humano. Esto nos permite comprender lo que ocurre más allá de lo que podemos ver a simple vista, lo cual ha supuesto avances significativos en el arduo proceso de comprensión de nuestro universo.
A pequeña escala, podemos observar fenómenos fascinantes, como el entrelazamiento cuántico, donde las partículas separadas responden de manera conjunta a los estímulos que reciben, por ejemplo. Pero observarlo a una escala más humana en cuanto a tamaño todavía es un gran desafío, en parte, debido a las condiciones térmicas.
“El movimiento de un objeto mecánico, incluso un objeto de tamaño humano, debe regirse por las reglas de la mecánica cuántica”, escriben los autores en su informe. “Sin embargo, convencerlos de que pasen a un estado cuántico es difícil”.
Lo bueno es que el problema del entorno térmico parece tener solución haciendo que las temperaturas bajen. Aquí es válido recordar que el diseño de las computadoras cuánticas requiere condiciones subenfriadas.
LIGO, un observatorio “ciego”
Pero antes de explicar los problemas de relatividad explorados en estos experimentos, es necesario hablar un poco de LIGO. Para ello, partamos de otras estructuras más convencionales.
Cuando no vemos bien, los humanos solemos ubicarnos en una zona con luz para tratar de visualizar mejor lo que nos interesa. Basándose en algo similar han construido los humanos los observatorios astronómicos habituales.
Sin embargo, los científicos se refieren a LIGO como un observatorio “ciego”, a diferencia de otros que recogen la luz de las estrellas con sus enormes lentes. Dicho de forma simple, es un observatorio que no necesita luz para funcionar.
LIGO en realidad está dividido en dos partes separadas: uno en el estado de Washington y otro en Louisana; cada uno de ellos cuenta con un instrumento de alta sensibilidad llamado interferómetro de Michelson.
Los investigadores usaron este instrumento para intentar resolver este gran problema de la relatividad. En su artículo, informan que han enfriado un oscilador mecánico de 10 kilogramos dentro de LIGO, desde la temperatura ambiente a 77 nanokelvins (aproximadamente -459 grados Fahrenheit).
La masa del oscilador es 13 veces más grande que cualquier objeto anterior que se haya enfriado a este nivel, lo que convierte el experimento en un éxito. Esta es la masa más grande jamás enfriada en pruebas de relatividad, y haberlo logrado abre la posibilidad de crear estados extraños y novedosos de la materia y explorar otros fenómenos cuánticos macroscópicos. Además, los científicos a cargo destacan que este podría ser un punto de impulso para mejorar la sensibilidad del observatorio LIGO.
Referencia:
Approaching the motional ground state of a 10-kg object. https://science.sciencemag.org/content/372/6548/1333