La gravedad cuántica ha sido uno de los misterios más desconcertantes de la física moderna. Aunque las teorías existentes sobre las fuerzas fundamentales del universo han sido ampliamente aceptadas y verificadas, la gravedad nunca ha podido ser medida de manera microscópica, en el nivel de las partículas subatómicas. Sin embargo, un equipo de científicos de la Universidad de Southampton, en colaboración con investigadores de la Universidad de Leiden y la Fundación Bruno Kessler, ha logrado dar un paso clave en este campo al medir por primera vez la gravedad a escalas tan pequeñas. Este avance podría ser el inicio de una nueva comprensión de cómo la gravedad cuántica interactúa con la física de partículas.
El reto de medir la gravedad en el nivel de partículas
La teoría de la relatividad de Einstein ha sido comprobada en múltiples ocasiones, tanto en experimentos de laboratorio como en observaciones astronómicas, por ejemplo, cuando se estudian los agujeros negros o las estrellas enana blancas. Sin embargo, nunca se había logrado medir la gravedad en objetos tan pequeños como una partícula que no supera la masa de Planck, que equivale a unos 22 microgramos.
Esto se debe a que las fuerzas que rigen las interacciones a gran escala, como el electromagnetismo o la fuerza nuclear, funcionan de manera diferente a las partículas subatómicas. A medida que la masa del objeto disminuye, la coherencia cuántica (la capacidad de un sistema para existir en múltiples estados a la vez) disminuye, lo que hace aún más difícil realizar mediciones precisas.
La innovación del sistema de levitación magnética
El equipo de investigadores, liderado por Tim M. Fuchs, propuso una nueva metodología para medir la gravedad en este nivel microscópico. En lugar de depender de sistemas de levitación óptica, que son susceptibles a interferencias debido al calor generado por los láseres, optaron por un sistema de levitación magnética. Este sistema permite que una partícula submilimétrica flote sin contacto físico, gracias a un campo magnético que la mantiene suspendida en el aire.
El uso de temperaturas extremadamente frías, cerca del cero absoluto, fue otro factor crucial. A esa temperatura, las vibraciones de las partículas se reducen considerablemente, lo que permite realizar mediciones mucho más precisas. Este sistema minimiza la decoherencia cuántica, uno de los grandes desafíos a la hora de estudiar fenómenos cuánticos.
Medición de la gravedad en partículas submillimétricas
En el experimento realizado, los investigadores lograron hacer levitar una partícula de 0,43 miligramos a -273°C, lo que permitió medir su atracción gravitacional con una precisión nunca antes alcanzada. Los resultados mostraron que la partícula generaba una fuerza gravitacional de 30 attonewtons. Este avance podría ser la clave para comprender la relación entre la gravedad y la mecánica cuántica, dos conceptos que hasta ahora han permanecido aislados en la física.
¿El futuro de la gravedad cuántica?
Este experimento no solo ha sido un éxito a nivel técnico, sino que también abre la puerta a nuevas investigaciones que podrían desvelar cómo la gravedad se comporta a nivel subatómico. Fuchs y su equipo sugieren que, al continuar con experimentos en partículas cada vez más pequeñas, podrían llegar a formular una teoría unificada que explique cómo las fuerzas fundamentales del universo interactúan a escalas microscópicas.
El objetivo final es poder unificar todas las teorías existentes en una sola, lo que permitiría resolver algunos de los misterios más grandes del universo, como lo que ocurre en el interior de los agujeros negros o la naturaleza misma de la gravedad cuántica.
Este avance marca un hito significativo en la ciencia moderna, y nos acerca un paso más a resolver las preguntas fundamentales sobre el funcionamiento del cosmos, abriendo nuevas puertas para la física cuántica y las futuras exploraciones del espacio.
