MADRID, 28 Ene. (EUROPA PRESS) -
Desde que Einstein propuso su teoría especial de la relatividad en 1905, física y cosmología se basan en el supuesto de que el espacio se ve igual en todas las direcciones.
En un nuevo experimento, físicos de la Universidad de California, Berkeley, en Estados Unidos, utilizaron átomos parcialmente entrelazados, idénticos a los qubits en un ordenador cuántico, para demostrar con la mayor precisión hasta ahora que eso es cierto.
El experimento clásico que inspiró a Einstein se realizó en Cleveland por Albert Michelson y Edward Morley en 1887 y refutó la existencia de un espacio "éter" permeable a través del cual se pensaba que la luz se movía como una ola por el agua. Lo que también se probó, según Hartmut Häffner, profesor asistente de Física en la Universidad de Berkeley, es que el espacio es isótropo y que la luz viaja a la misma velocidad hacia arriba, abajo y a los lados.
"Michelson y Morley demostraron que el espacio no se estruja --subraya Häffner--. Esta isotropía es fundamental para toda la física, incluyendo el Modelo Estándar de la física. Si se le elimina la isotropía, todo el Modelo Estándar se derrumbará. Es por eso que la gente está interesada en probar esto".
El Modelo Estándar de la física de partículas describe cómo todas las partículas fundamentales interactúan y requiere que todas las partículas y campos sean invariables bajo las transformaciones de Lorentz, y en particular, que se comportan de la misma manera sin importar en qué dirección se mueven.
Häffner y su equipo llevaron a cabo un experimento análogo al experimento de Michelson-Morley, pero con electrones en lugar de fotones de luz. En una cámara de vacío, él y sus colegas aislaron dos iones de calcio, parcialmente enredados como en un ordenador cuántico, y luego supervisaron las energías de los electrones en los iones conforme la Tierra gira durante 24 horas.
Si el espacio se apretaba en una o más direcciones, la energía de los electrones podría cambiar con un periodo de 12 horas, pero no sucedió así, lo que demuestra que el espacio es, de hecho, isotrópico a una parte en mil millones de mil millones (1018), cien veces mejor que en los experimentos previos con electrones, y cinco veces mejor que con experimentos que usan la luz como hicieron Michelson y Morley.
Los resultados refutan al menos una de las teorías que desarrolla el Modelo Estándar asumiendo alguna anisotropía del espacio, subraya. Häffner y sus colegas, entre ellos el exestudiante de posgrado Thaned Pruttivarasin, ahora en el Laboratorio de Metrología Cuántica en Saitama, Japón, detallan sus hallazgos en la edición de este jueves de la revista 'Nature'.
A Häffner se le ocurrió la idea de utilizar iones enredados para probar la isotropía del espacio mientras construía ordenadores cuánticos, que implican el uso de átomos ionizados como bits cuánticos, o qubits, enredando sus funciones de onda de electrones, y obligándolos a evolucionar para hacer cálculos imposibles con las computadores digitales de hoy. Se le ocurrió que dos qubits entrelazados podrían servir como detectores sensibles de ligeras perturbaciones en el espacio.
"Yo quería hacer el experimento porque pensé que era elegante y que sería una cosa genial aplicar nuestros ordenadores cuánticos a un campo completamente diferente de la física -relata--. Pero no creí que seríamos competitivos con los experimentos que realizan las personas que trabajan en este campo".
Este experto tiene la esperanza de hacer los detectores de computadoras cuánticas más sensibles usando otros iones, como iterbio, para ganar otro aumento de 10.000 veces en la medición de precisión de la simetría de Lorentz. También está explorando con colegas futuros experimentos para detectar las distorsiones espaciales causadas por los efectos de las partículas de materia oscura, que son un completo misterio a pesar de que comprende el 27 por ciento de la masa del universo.
"Por primera vez hemos utilizado herramientas de información cuántica para realizar una prueba de simetrías fundamentales, es decir, hemos diseñado un estado cuántico que es inmune al ruido frecuente pero sensible a los efectos de alteración de Lorentz", resume Häffner. "Nos sorprendió que el experimento funcionara y ahora tenemos un nuevo y fantástico método a mano que puede ser utilizado para hacer mediciones muy precisas de las perturbaciones del espacio", celebra.
@CIENCIAPLUS
