Un equipo de físicos teóricos propuso un dispositivo de “mesa” que podría detectar y medir ondas gravitacionales. Sin embargo, el verdadero objetivo es dar respuesta a una de las preguntas más grandes de la física: ¿la gravedad es un fenómeno cuántico?
En lugar de los actuales detectores de gran tamaño como LIGO o VIRGO, el equipo propuso trabajar con un detector compacto. Este dispositivo sería mucho más sensible a bajar frecuencias que los detectores mencionados. Además, sería fácil apuntarlos hacia lugares específicos del cielo, a diferencia de los grandes detectores que solo ven una parte fija.
Los resultados del estudio se publicaron en New Journal of Physics.
¿Cómo funciona?
La clave del dispositivo es un diamante diminuto, de unos pocos nanómetros de tamaño. “En este diamante, uno de los carbonos es reemplazado por un átomo de nitrógeno”, describe Anupam Mazumdar, profesor en la Universidad de Groningen (Holanda).
Con este cambio se consigue un espacio libre en la banda de valencia que puede llenarse con un electrón extra. La teoría indica que cuando el electrón se irradia con luz, puede absorber o no la energía del fotón. En el primer caso, la absorción de energía alteraría el espín del electrón, el cual puede ser hacia arriba o hacia abajo.
“Al igual que el gato de Schrödinger, que está vivo y muerto al mismo tiempo, este giro de electrones absorbe y no absorbe la energía del fotón, de modo que su giro es tanto hacia arriba como hacia abajo”, explica Mazumdar, quien también es coautor del estudio.
Lo descrito anteriormente es un fenómeno llamado superposición cuántica. Dado que el electrón es parte del diamante, todo el objeto – que tiene una masa aproximadamente de 10-17 kilogramos, lo cual es enorme para fenómenos cuánticos – está en superposición cuántica.
«Tenemos un diamante que tiene un giro hacia arriba y hacia abajo al mismo tiempo», explica Mazumdar. Aplicando un campo magnético, es posible separar los dos estados cuánticos. Cuando estos estados cuánticos se juntan nuevamente al apagar el campo magnético, crearán un patrón de interferencia.
«La naturaleza de esta interferencia depende de la distancia que hayan viajado los dos estados cuánticos separados. Y esto puede usarse para medir ondas gravitacionales». Estas ondas son perturbaciones del espacio, por lo que su paso afecta la distancia entre los dos estados separados y, por tanto, el patrón de interferencia.
¿La gravedad es un fenómeno cuántico?
A pesar que el estudio dice que su instrumento podría detectar ondas gravitacionales, lo que interesa al equipo es otra cosa.
«Un sistema en el que podamos obtener la superposición cuántica de un objeto mesoscópico como el diamante, y durante un período de tiempo razonable, sería un gran avance», dice Mazumdar.
¿Por qué? Este sistema permitiría tomar todo tipo de medidas, y una de ellas podría usarse para determinar si la gravedad en sí es un fenómeno cuántico.
Sin embargo, “la tecnología para construir uno de estos sistemas podría tardar algunas décadas en desarrollarse”, explica Mazumdar. “Cualquier fluctuación colapsaría la superposición cuántica”, añade.
De lograrse, las aplicaciones adicionales para esta tecnología serían diversas. “Podría utilizarse para todo tipo de mediciones en campos como la física de energía ultrabaja o la computación cuántica, por ejemplo”.
