Científicos del LIGO están un paso más cerca de observar la gravedad en objetos masivos y en estado cuántico. Hasta la fecha, sólo se han podido estudiar objetos cuánticos pequeños, como átomos y partículas, no obstante, esto está a punto de cambiar.

La Teoría de la Relatividad General de Einstein vino a revolucionar el entendimiento humano de la física. Tras un largo siglo luego de haber escrito su teoría, finalmente científicos pudieron comprobar la piedra angular de sus predicciones. El momento en que las ondas gravitacionales hicieron aparición ante la comprobación de científicos, la comunidad estalló en celebración. Finalmente se comprobaba la relatividad general y las ondas gravitacionales eran reales, los investigadores pudieron observar estas curvaturas del espacio-tiempo.

ondas gravitacionales
Detección de ondas gravitacionales. Créditos: NASA

Pero para observar las ondas, los científicos tuvieron que ir más allá de lo conocido. Crearon un laboratorio llamado Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO), que está ajustado para buscar pequeñas perturbaciones del tejido espacio-tiempo. Aunque, parece que este es tan sólo el comienzo de grandes logros.

Gravedad en objetos relativamente masivos 

Ahora, científicos del MIT utilizaron el LIGO y técnicas innovadoras de enfriamiento cuántico para eliminar las vibraciones térmicas de un objeto a escala humana y así, poder observar la gravedad por primera vez en un objeto relativamente grande, pero con un comportamiento cuántico.

gravedad objetos masivos

Cuando observamos objetos estáticos bajo la lente del ojo humano, podemos percibir objetos sin ningún tipo de perturbación y que están en reposo. No obstante, cuando se les mira desde una lente cuántica esto cambia diametralmente. Lo que parecía estar en completo reposo, en realidad es una conjunción de partículas vibrantes en movimiento. A esta escala se pueden observar fenómenos cuánticos como el entrelazamiento cuántico que a simple vista sería imposible de detectar.

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Por esta razón es que cuando los científicos hablan de física cuántica, siempre se refieren a átomos y partículas, porque su escala de tamaño permite observar su comportamiento cuántico. La cuestión está en que este tipo de fenómenos no se han podido observar en objetos más grandes, como del tamaño humano debido a muchos factores. El principal es el entorno térmico de los objetos que enmascara estas delicadas señales cuánticas.

gravedad objetos masivos
LIGO

Si se eliminan la mayoría de las vibraciones térmicas, es decir, los fonones, entonces quizá podría observarse el comportamiento cuántico a gran escala. Y justamente este es el objetivo de la investigación liderada por Vivishek Sudhir, profesor de ingeniería mecánica del MIT.

Paralizando las perturbaciones térmicas

La investigación aprovechó la capacidad del LIGO para detectar ondas gravitacionales y medir el movimiento de la masa con extrema precisión. Pero antes tuvieron que aplicar un innovador método de enfriamiento para paralizar las perturbaciones térmicas de la masa de escala humana. Así, la masa se ha acercado a su estado fundamental del movimiento, al rozar los 10 nanokelvins.

LIGO espejos

Desde luego que la masa no es un objeto tangible en el sentido de situarse en un lugar, sino que es el movimiento combinado de cuatro objetos separados. Este ‘objeto’ que lograron llevar hasta el estado fundamental del movimiento, tiene una masa estimada de alrededor de 10 kilogramos y comprende un octillón de átomos (1 x 10^26).

“Hemos demostrado cómo preparar objetos a escala de kilos en estados cuánticos. Esto finalmente abre la puerta a un estudio experimental de cómo la gravedad podría afectar a los grandes objetos cuánticos, algo con lo que hasta ahora sólo se había soñado”, aclara Sudhir.

enfriamiento LIGO

Con este gran avance, el siguiente paso será observar el comportamiento cuántico en objetos masivos comparados con los átomos. Finalmente los científicos se acercan más a observar cómo la gravedad incide en grandes masas.

Referencias: 
Whittle, C. Hall, E. Dwyer, S. Malvada, N. Sudhir, V. Abbott, R. (2021). Approaching the motional ground state of a 10-kg object. Science. DOI

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