Científicos “ven” por primera vez átomos en dos lugares al mismo tiempo. Lo que Einstein llamó “acción fantasmal a distancia” acaba de ser confirmado con átomos de helio en Australia, abriendo una vía hacia la ansiada teoría del todo.

Que una partícula pueda estar en dos lugares al mismo tiempo suena a ciencia ficción. Que dos partículas separadas por cualquier distancia puedan influirse mutuamente de forma instantánea es un fenómeno llamado entrelazamiento cuántico, parece magia.

Albert Einstein se refería a este último como una “acción fantasmal a distancia” y se negó a aceptarlo. Un nuevo experimento realizado en Australia acaba de demostrar este comportamiento en un sistema de átomos.

Investigadores de la Universidad Nacional de Australia (ANU) demostraron por primera vez el entrelazamiento cuántico utilizando el momento de átomos con masa, es decir, la propiedad física que describe su movimiento.

El trabajo publicado en Nature Communications abre una nueva vía para abordar uno de los grandes enigmas de la física moderna, la posible reconciliación entre la mecánica cuántica y la gravedad.

Los investigadores enfriaron varias nubes de átomos de helio hasta temperaturas extremadamente bajas, apenas por encima del cero absoluto. En esas condiciones aparece un estado cuántico especial de la materia conocido como condensado de Bose-Einstein, en el que los átomos dejan de comportarse como partículas independientes y pasan a actuar colectivamente como una única onda cuántica.

Teoría del todo

A partir de ahí, el equipo hizo que dos de esas nubes ultrafrías chocaran entre sí mediante pulsos de luz láser cuidadosamente controlados.

Cuando los átomos colisionaron, no se comportaron como objetos clásicos que simplemente rebotan tras un choque. En lugar de salir despedidos en una única dirección siguieron varias trayectorias posibles al mismo tiempo, cada una asociada a un momento distinto.

Mientras caían bajo el efecto de la gravedad, atravesaban un dispositivo llamado interferómetro Rarity-Tapster, que permitía medir su momento antes de que finalmente impactaran en un detector.

El físico Sean Hodgman, investigador del experimento, explicó que el resultado “confirma las predicciones hechas hace más de un siglo de que la materia puede estar en dos lugares a la vez y puede interferir consigo misma incluso en esos lugares”.

Lo novedoso del experimento no es la confirmación del entrelazamiento cuántico en sí, eso ya se había logrado antes con fotones, partículas de luz sin masa, o utilizando propiedades internas de los átomos, como el espín.

“Experimentalmente, es muy difícil demostrarlo”, reconoció el autor principal del estudio, Yogesh Sridhar. “Varias personas han intentado en el pasado mostrar estos efectos, y siempre se han quedado cortos”, agregó.

La diferencia con este experimento es crucial: los átomos tienen masa, que siente la gravedad.

“En el caso de dos átomos separados que están entrelazados, si se cambia uno de ellos, eso afectará instantáneamente al otro”, explicó Hodgman.

“Es un poco descabellado pensar que así es como funciona el mundo, ¡pero hemos demostrado que esa es la naturaleza de la realidad!”, añadió.

El experimento australiano da un pequeño paso hacia ese objetivo. Al trabajar con átomos que tienen masa y, por tanto, sienten la gravedad, los investigadores pueden empezar a plantear preguntas que antes eran prácticamente imposibles de abordar.

Comprender cómo se conectan estos dos mundos, el cuántico y el gravitatorio, podría acercar a los físicos a lo que durante décadas han buscado: la llamada teoría del todo, lo que Einstein persiguió durante los últimos 30 años de su vida sin llegar a encontrar.

Los investigadores también planean llevar el experimento un paso más allá. En el futuro esperan entrelazar isótopos diferentes; un experimento así podría servir para poner a prueba el principio de equivalencia débil –uno de los pilares de la relatividad general– utilizando partículas cuánticas como masas de prueba.

A. C.