El equipo liderado por el físico Ron Folman, de la Universidad Ben-Gurion del Néguev, e integrado por investigadores de Alemania, el Reino Unido y Estados Unidos, con la participación del premio Nobel Roger Penrose, colocó un solo átomo en una superposición de dos órbitas diferentes para estudiar la intersección entre la mecánica cuántica y la relatividad. En el dispositivo denominado Quantum Galileo Interferometer (QGI), mientras el átomo de una de las trayectorias caía libremente, el de la otra se mantenía fijo en su lugar. Las dos trayectorias se unieron simultáneamente y en el mismo punto, lo que permitió medir la diferencia de fase generada por la caída en la propiedad ondulatoria del átomo.
La naturaleza ondulatoria de los átomos solo puede observarse a temperaturas cercanas al cero absoluto y a velocidades muy bajas. Como la fase no puede medirse por sí sola, es necesario dividir una sola partícula en dos trayectorias y volver a unirlas. Sin embargo, en un experimento de caída libre, la aceleración del átomo que cae podría alterar la interferencia cuántica al proporcionar información sobre la trayectoria que siguió. El equipo resolvió este problema lanzando uno de los átomos hacia arriba para que regresara a su punto de partida por efecto de la gravedad, mientras mantenía el otro suspendido en el aire mediante una fuerza magnética. Cuando el átomo que caía regresaba, un segundo pulso magnético anulaba su velocidad justo cuando llegaba al punto de partida.
El QGI utiliza pulsos de microondas y magnéticos; unos 20.000 átomos de rubidio se organizan en forma de condensado de Bose-Einstein, sostenido por campos generados por cables microscópicos situados en un chip. El chip permanece boca abajo, aproximadamente 113 micrómetros por encima de los átomos. La mayor distancia entre las trayectorias alcanzó aproximadamente 7,5 micrómetros, mientras que el tiempo de vuelo más largo llegó a dos milésimas de segundo. Se observó que la fase aumentaba a medida que se prolongaba la caída, y los datos mostraron la diferencia de fase predicha por la teoría.
Los investigadores señalaron que el resultado demuestra por primera vez que el principio de equivalencia opera en un sistema en superposición cuántica. La fase medida mostró una desviación del 2,5 % respecto de la predicción teórica. El equipo afirmó que el experimento constituye un punto de control para poner a prueba el límite entre la relatividad de Einstein y la mecánica cuántica.
El laboratorio de Folman trabaja ahora en un QGI de mayor tamaño que permita poner en superposición nanodiamantes 10 órdenes de magnitud más pesados que los átomos. El objetivo es probar la superposición de distintas curvaturas del espacio-tiempo y observar el colapso cuántico predicho en la hipótesis de Penrose y Lajos Diósi. El equipo espera que esto sea posible en cuatro o cinco años. El estudio se publicó en Science Advances en 2026; DOI: 10.1126/sciadv.aec8045.
Por qué es importante
Este estudio ofrece un respaldo experimental que demuestra que el principio de equivalencia no se limita al movimiento de los objetos clásicos, sino que también puede probarse en un único sistema en superposición cuántica. Por ello, el resultado constituye un punto de control que puede utilizarse en investigaciones que abordan conjuntamente la mecánica cuántica y la relatividad para evaluar la compatibilidad entre ambas teorías. La desviación del 2,5 % de la medición respecto de la predicción teórica plantea la posibilidad de volver a poner a prueba el método en sistemas de mayor tamaño. En particular, para los investigadores que trabajan en la intersección de la física cuántica, la gravedad y la física fundamental, la cuestión abierta es si este principio también se conservará en la superposición de nanodiamantes mucho más pesados que los átomos y cómo se comportará junto con distintas curvaturas del espacio-tiempo.