Logra levitar una pequeña esfera de vidrio en el vacío cuántico
¿Por qué los átomos o las partículas elementales pueden comportarse como ondas según la física cuántica, que les permite estar en varios lugares al mismo tiempo? ¿Y por qué todo lo que vemos a nuestro alrededor obedece obviamente las leyes de la física clásica, donde eso es imposible? Para responder a esas preguntas, en los últimos años los investigadores han persuadido a objetos cada vez más grandes para que se comporten de forma mecánica cuántica. Una consecuencia de esto es que, al pasar por una doble rendija, forman un patrón de interferencia característico de las ondas.
Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (Suiza) lograron hacer levitar a una pequeña esfera de vidrio dentro de un vacío enfriado a 269 grados bajo cero en un potente campo electromagnético y bajo un haz de luz láser.
Lo esencial para este experimento era que la partícula suspendida en lo que sus autores llaman “trampa óptica” fuera dieléctrica (de un material con baja conductividad, como es el vidrio) y no tan pequeña en términos de física cuántica. Así, esta medía 100 nanómetros de diámetro (una décima parte de un micrómetro) y contaba con hasta 10 millones de átomos, lo que sitúa a esta esfera más cerca del mundo macrométrico, donde rigen las leyes de la física clásica y no de la mecánica cuántica.
Esta prueba de levitación forma parte de una serie de experimentos en la que los científicos prueban objetos cada vez más grandes. Según explica en un comunicado la institución suiza, los investigadores se plantearon una pregunta fundamental: ¿por qué los átomos o las partículas elementales pueden comportarse como ondas -algo que determina la física cuántica y que les permite estar en varios lugares al mismo tiempo- mientras que todo lo que vemos alrededor obedece a las leyes físicas clásicas que lo hacen imposible?
Hasta la fecha era bastante común hacer levitar moléculas formadas por miles de átomos, pero ahora la plataforma experimental suiza ofrece la posibilidad de investigar la mecánica cuántica a escalas macroscópicas y aumentar la escala gradualmente.
“Es la primera vez que se utiliza un método de este tipo para controlar el estado cuántico de un objeto macroscópico en el espacio”, afirmó el autor principal del estudio, Lukas Novotny. Incluso cuando se apaga la luz láser, el sistema permite examinar la esfera en un completo aislamiento, si es necesario.
Al estabilizar la esfera en movimiento, los esfuerzos del equipo se enfocaron en ralentizarla cuanto fuera posible, hasta lo más cerca que pudieran del punto cero de la mecánica cuántica. Este objetivo se logró por medio de la reducción de oscilaciones y también de la temperatura y el movimiento térmico.
Novotny señala que las nanoesferas flotantes en el vacío son de interés no solo para la ciencia fundamental, sino también pueden tener aplicaciones prácticas. En la actualidad, ya existen sensores que pueden medir las más mínimas aceleraciones o rotaciones utilizando ondas atómicas interferentes. A medida que crece la masa del objeto que interfiere mecánicamente en esta clase de sensores, su sensibilidad aumenta, asegura el científico.
