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11 de Marzo de 2013
Mecánica cuántica

Interferencia cuántica en condiciones de microgravedad

Observan la interferencia de ondas de materia mesoscópicas en un condensado de Bose-Einstein en caída libre.

Vista interior de la torre de caída libre en las instalaciones del Centro de Tecnología Espacial y Microgravedad Aplicada (ZARM), en Bremen. [Fotografía: ZARM, Universidad de Bremen.]

El principio de equivalencia establece que un experimento realizado en condiciones de caída libre (por ejemplo, en un ascensor que se precipita al vacío) resulta físicamente indistinguible del mismo experimento efectuado en ausencia de gravedad. Esta equivalencia entre campos gravitatorios y sistemas de referencia en movimiento acelerado fue lo que condujo a Albert Einstein a formular su teoría de la relatividad general, la cual explica la interacción gravitatoria como una consecuencia de la dinámica del espacio y el tiempo.

Ahora, la colaboración QUANTUS (acrónimo alemán del proyecto «Gases Cuánticos en Ingravidez») ha conseguido poner a prueba el principio de equivalencia con un experimento que explora los límites del otro gran pilar de la física teórica: la mecánica cuántica. Desde una altura de 110 metros, los investigadores dejaron caer un circuito integrado en el que llevaron a cabo la interferencia cuántica de una muestra formada por un gran número de átomos de rubidio a temperaturas próximas al cero absoluto. El experimento, realizado en la torre de caída libre del Centro de Tecnología Espacial y Microgravedad Aplicada (ZARM) de Bremen, constituye una versión de la doble rendija de Young, pero llevada a cabo con ondas de materia gigantescas y en condiciones de microgravedad. Los resultados fueron publicados hace unos días en Physical Review Letters.

La muestra empleada por los investigadores se hallaba formada por unos 10.000 átomos de rubidio. En el tiempo que duraba la caída, unos 4,7 segundos, los físicos provocaron que dicho sistema formase un condensado de Bose-Einstein (un estado especial de la materia en el que todos los átomos de una muestra quedan descritos por una única función de onda) y, con ayuda de dos haces láser, lograron deslocalizar dicha función de onda a lo largo de varios milímiteros, una distancia gigantesca para los estándares de la mecánica cuántica. Después, y siempre antes de que el experimento llegase a tierra, volvieron a solapar los paquetes de onda a fin de que la muestra de átomos acabase interfiriendo consigo misma.

El patrón de interferencia observado mostraba un perfecto acuerdo con las predicciones teóricas. Aparte de constituir un test empírico de algunos de los principios fundamentales de la gravitación y la mecánica cuántica, el experimento allana el camino para la realización de pruebas similares en misiones espaciales.

Más información en Physics y Physical Review Letters. Una versión del artículo técnico con la información suplementaria se encuentra disponible en arXiv.

—IyC

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