En algún punto entre el reino microscópico de las partículas elementales y el macroscópico de los seres humanos y de todo lo que conocemos como parte de nuestra vida cotidiana, sucede algo extraño: las reglas de la física cuántica, que funcionan de manera rigurosa en las escalas más pequeñas, parecen perder su vigencia a medida que los objetos aumentan de tamaño. Buscar dónde y cómo se produce esta transición desde la imprecisión cuántica de lo minúsculo hasta la nítida certeza de la vida cotidiana en la macroescala es comparable a buscar la frontera en uno de cuyos lados sería posible la famosa paradoja del gato de Schrödinger. Esta paradoja está contenida en un experimento conceptual (imaginario) ideado por el premio Nobel austriaco Erwin Schrödinger. Schrödinger planteó si en el ámbito de la mecánica cuántica sería posible poner a un gato en un estado en el que estuviera a la vez vivo y muerto.
El proceso mediante el cual fenómenos cuánticos como la superposición (la existencia paralela del gato vivo y muerto) se disuelven en la realidad clásica que experimentamos se conoce como decoherencia cuántica. Ahora, un nuevo experimento ha acotado el abanico de posibles explicaciones para la decoherencia, descartando en particular una teoría destacada que vincula la gravedad con dicho proceso.
El experimento lo ha llevado a cabo un equipo integrado, entre otros, por Nicola Bortolotti, de la Universidad de La Sapienza de Roma, y Catalina Curceanu, del Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN), en Italia ambas instituciones. El FQxI (Foundational Questions Institute) ha aportado financiación para dicho experimento.
El experimento se llevó a cabo en el Laboratorio Nacional del Gran Sasso en Italia, el laboratorio subterráneo más grande del mundo para la investigación en física fundamental.
En el experimento se puso a prueba un modelo teórico según el cual la decoherencia cuántica es causada por la gravedad. La teoría general de la relatividad de Einstein establece que la gravedad se manifiesta debido a la curvatura del tejido del espacio-tiempo alrededor de objetos masivos. En la década de 1960, el físico teórico húngaro Frigyes Károlyházy postuló que el espacio-tiempo experimenta constantes ondulaciones (pequeñas fluctuaciones) que erosionan gradualmente las superposiciones cuánticas, impidiendo que los objetos macroscópicos existan en el tipo de combinaciones cuánticas imaginadas en la famosa paradoja del gato de Schrödinger. Los físicos siguen dándole vueltas a esta idea y el concepto fue recientemente retomado, refinado y reformulado por Angelo Bassi, del FQxI, y sus colegas.
Las fluctuaciones predichas por Károlyházy no pueden observarse directamente pero, de existir, deberían provocar que las partículas cargadas oscilen y se aceleren aleatoriamente, generando rastros característicos de radiación electromagnética. Esta radiación sería tan tenue que podría perderse fácilmente entre el ruido de fondo electromagnético proveniente de fuentes como los rayos cósmicos. Esto convierte al Laboratorio Nacional del Gran Sasso (situado bajo 1,4 kilómetros de roca que atenúa la radiación) en un lugar ideal para llevar a cabo esta búsqueda.
Los investigadores utilizaron un detector compuesto por una pieza de cristal de germanio de alta pureza, del tamaño de una taza de café, rodeada por capas de blindaje de cobre y plomo. Recolectaron mediciones durante un total de 62 días. Posteriormente, restaron la radiación de fondo esperada de sus mediciones y buscaron una señal que coincidiera con la predicha por el modelo.
El resultado: dicha señal no fue encontrada.
“Esta ausencia de la señal constituye, por sí misma, un resultado científico importante”, aclara Catalina Curceanu.
Esta ausencia de la señal no descarta por completo la posibilidad de que la gravedad intervenga en la decoherencia cuántica. Sin embargo, aporta información valiosa sobre dónde buscar un posible vínculo gravitatorio. “Esta ausencia de señal constituye, por sí misma, un resultado científico importante”, afirma Curceanu. “Al descartar uno de los modelos de decoherencia inducida por la gravedad más antiguos y naturales, este trabajo acota la búsqueda de la teoría que pueda describir correctamente la interacción entre la gravedad y la mecánica cuántica, acercándonos un paso más a la comprensión de uno de los misterios más profundos de la física fundamental”.
El estudio se titula “Experimental exclusion of a generalized Károlyházy gravity-induced decoherence model“. Y se ha publicado en la revista académica New Journal of Physics.
