¿Es la gravedad un fenómeno cuántico? Esa ha sido una de las grandes cuestiones pendientes en la física durante décadas. Junto con colegas del Reino Unido, Anupam Mazumdar, físico de la Universidad de Groningen, propuso un experimento que podría resolver el problema. Sin embargo,, requiere estudiar dos sistemas cuánticos entrelazados muy grandes en caída libre. En un nuevo artículo, que tiene como primer autor a un estudiante de tercer año de licenciatura, Mazumdar presenta una forma de reducir el ruido de fondo para hacer este experimento más manejable.
Tres de las cuatro fuerzas fundamentales en física se pueden describir en términos de teoría cuántica. Este no es el caso de la cuarta fuerza gravedad, que es descrita por la teoría de la relatividad general de Einstein. El experimento que Mazumdar y sus colegasdiseñado podría probar o refutar la naturaleza cuántica de la gravedad.
superposición
Una consecuencia conocida de la teoría cuántica es el fenómeno llamado superposición cuántica: en ciertas situaciones, los estados cuánticos pueden tener dos valores diferentes al mismo tiempo. Tomemos un electrón que se irradia con luz láser. La teoría cuántica dice que puedeabsorber o no absorber la energía del fotón de la luz. La absorción de la energía alteraría el giro del electrón, un momento magnético que puede ser hacia arriba o hacia abajo. El resultado de la superposición cuántica es que el giro es tanto hacia arriba como hacia abajo.
Estos efectos cuánticos tienen lugar en objetos diminutos, como los electrones. Al apuntar a un electrón en un diamante en miniatura especialmente construido, es posible crear una superposición en un objeto mucho más grande. El diamante es lo suficientemente pequeño como para sostener esta superposición, pero tambiénlo suficientemente grande como para sentir el tirón de la gravedad. Esta característica es la que explota el experimento: colocar dos de estos diamantes uno al lado del otro en caída libre y, por lo tanto, anular la gravedad externa. Esto significa que solo interactúan a través de la gravedad entre ellos.
desafiante
Y ahí es donde entra en juego otro fenómeno cuántico. El entrelazamiento cuántico significa que cuando dos o más partículas se generan en las proximidades, sus estados cuánticos están vinculados. En el caso de los diamantes, si uno está girando, el otro, entrelazadoel diamante debe girar hacia abajo. Por lo tanto, el experimento está diseñado para determinar si el entrelazamiento cuántico ocurre en el par durante la caída libre, cuando la fuerza de la gravedad entre los diamantes es la única forma en que interactúan.
'Sin embargo, este experimento es muy desafiante', explica Mazumdar. Cuando dos objetos están muy juntos, existe otro posible mecanismo de interacción, el efecto Casimir. En el vacío, dos objetos pueden atraerse entre sí a través de este efecto '.El tamaño del efecto es relativamente grande y para superar el ruido que crea, tendríamos que usar diamantes relativamente grandes. '' Desde el principio estaba claro que este ruido debería reducirse para hacer el experimento más manejable. Por lo tanto, Mazumdar queríasaber si era posible protegerse del efecto Casimir.
bloqueo
Le entregó el problema a Thomas van de Kamp, un estudiante de tercer año de Física. "Vino a verme porque estaba interesado en la gravedad cuántica y quería hacer un proyecto de investigación para su tesis de licenciatura", dice Mazumdar.El bloqueo de primavera, cuando se suspendieron la mayoría de las clases normales, Van de Kamp comenzó a trabajar en el problema. "En un período de tiempo notablemente corto, presentó su solución, que se describe en nuestro artículo".
Esta solución se basa en colocar una placa conductora de cobre, de alrededor de un milímetro de espesor, entre los dos diamantes. La placa protege el potencial de Casimir entre ellos. Sin la placa, este potencial acercaría los diamantes entre sí. Pero conla placa, los diamantes ya no se atraen entre sí, sino a la placa entre ellos. Mazumdar: 'Esto elimina la interacción entre los diamantes a través del efecto Casimir y, por lo tanto, elimina una gran cantidad de ruido del experimento'.
notable
Los cálculos realizados por Van de Kamp muestran que las masas de los dos diamantes se pueden reducir en dos órdenes de magnitud. 'Puede parecer un pequeño paso, pero hace que el experimento sea menos exigente'. Además, otros parámetros comocomo el nivel de vacío necesario durante el experimento también se vuelve menos exigente debido al blindaje del efecto Casimir. Mazumdar dice que una actualización adicional sobre el experimento, que también incluye una contribución del estudiante de licenciatura Thomas van de Kamp, probablemente aparecerá en elfuturo cercano. 'Entonces, su proyecto de seis meses le ha traído la coautoría en dos artículos, una hazaña bastante notable'.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Groningen . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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