El entrelazamiento cuántico da un salto: ahora también se demuestra en átomos

Por Julio García G. / Periodista de Ciencia

Ayer, 18 de abril, se cumplieron 71 años de la muerte de Albert Einstein, y su legado no se reduce únicamente al hecho de haber propuesto la Teoría Especial y General de la Relatividad (por las cuales se hizo ampliamente conocido), sino también por haber planteado que la luz no es solamente una onda y que puede comportarse como partícula. De hecho, por haberlo sugerido y predicho, le fue otorgado el Premio Nobel de Física en 1921. 

Que la luz no solamente tenga un comportamiento ondulatorio, sino que también venga en paquetes discretos llamados fotones, allanó el camino para entender los fenómenos cuánticos, los cuales tienen que ver con el comportamiento de los átomos y de partículas aún más pequeñas. 

Así, en la primera mitad del siglo XX comenzaron a plantearse de forma teórica fenómenos extraordinarios relacionados con la cuántica, como el hecho de que la información se transmite instantáneamente sin importar la distancia (el entrelazamiento cuántico es un ejemplo), y de que esto viola el principio de que nada puede ir más rápido que la luz. 

Einstein, paradójicamente, fue un gran crítico del entrelazamiento, justamente porque viola el principio de que nada puede ir más rápido que la luz y llegó a afirmar, quizá ironizando un poco, que él no creía en “acciones fantasmagóricas a distancia”. 

No obstante, la evidencia científica ha demostrado que el entrelazamiento cuántico sí ocurre de verdad; que las leyes de la física, impuestas por la naturaleza, no actúan bajo los principios de nuestras propias creencias y nuestro juicio (que a veces es impreciso), sino que son independientes a lo que podamos pensar. Por lo tanto, Einstein no estaba equivocado en sus dudas, pero la evidencia experimental ha demostrado que la naturaleza es más extraña. 

Ahora bien, aunque no existe una fecha exacta sobre el descubrimiento del entrelazamiento cuántico, sí existen momentos clave que han marcado cómo poco a poco ha ido validándose.

Por ejemplo, en 1964, algunos años después de la muerte de Einstein, un físico teórico irlandés de nombre John Bell propuso el ahora famoso teorema de Bell, cuya idea central es: si el mundo fuera clásico (con variables ocultas que solamente ocurren de forma local), entonces ciertas correlaciones entre partículas tendrían un límite (no existiría entrelazamiento). A estas desigualdades, que se expresan matemáticamente, se les denomina desigualdades de Bell. 

En otras palabras, lo que Bell propuso es que, si no existe localidad, si las partículas pueden estar entrelazadas independientemente de la distancia, su teorema puede violarse. 

Además, encontró una manera de poner a prueba si el mundo funciona como una máquina clásica donde todo está definido de antemano o si, por el contrario, la realidad resulta a fin de cuentas más extraña de lo que nuestra intuición lo permite al ser más probabilística.  

Y lo más sorprendente es que la naturaleza, en ciertos escenarios, no solamente viola el teorema de Bell, sino que, al hacerlo, cuestiona nuestra propia intuición sobre cómo en verdad funciona la realidad.

Para comprobar que las partículas sí pueden estar entrelazadas independientemente de la distancia -y de que violan dicho teorema- un grupo de científicos australianos, que publicaron en febrero un trabajo en la revista Nature, han demostrado por primera vez, experimentalmente, que el entrelazamiento cuántico no solamente ocurre con fotones, las partículas que transportan la luz y que carecen de masa, sino que también sucede con átomos, los cuales no solamente tienen masa, sino que interactúan con la gravedad. 

En este sentido, el entrelazamiento cuántico ocurre cuando dos partículas quedan tan estrechamente relacionadas que el estado físico de una está ligado con la otra aun si la distancia entre ellas es enorme.

Es como si una de las partículas le dijera a la otra cómo comportarse y lo más curioso es que esto ocurre instantáneamente, más allá de los límites que impone la velocidad a la que viaja la luz, que es de 300,000 kilómetros por segundo. 

Para llevar a cabo el experimento, los investigadores se dieron a la tarea de enfriar nubes de átomos de helio. Las temperaturas logradas fueron tan extremadamente bajas que casi llegaron al cero absoluto que es de –273°C. 

Al alcanzar esta temperatura, las partículas comienzan a tener un estado cuántico llamado condensado Bose-Einstein, en el cual estas dejan de comportarse de forma independiente y comienzan a funcionar como onda, de forma unificada. 

Posteriormente lograron que, mediante pulsos de luz láser, dos de las nubes de helio chocaran. 

Más tarde, y para su sorpresa, una vez que los átomos colisionaron no se comportaron de la forma clásica, es decir, no rebotaron unos con otros, sino que siguieron varias trayectorias posibles al mismo tiempo, cada una ligada con un momento distinto. 

El momento de una partícula tiene que ver con qué tan rápido se mueve y que tan pesada es. 

Luego, para saber cómo a los átomos de helio les afectaba la gravedad (un átomo de helio está formado por dos protones, dos neutrones y dos electrones), hicieron que estos atravesaran un dispositivo llamado interferómetro Rarity-Tapster, que permite medir precisamente el momento de los átomos antes de impactar con un detector.  

Lo más interesante de todo es que, tras el impacto con el detector, los átomos estaban entrelazados y, por tanto, las mediciones confirmaron que estos habían violado la desigualdad de Bell. 

Que por primera vez se haya logrado observar el entrelazamiento cuántico en átomos, y no únicamente en partículas individuales sin masa como los fotones, resulta un hito ya que el descubrimiento podría ayudar a los científicos a comprender mejor cómo interactúa la gravedad y la mecánica cuántica

Estas dos formas de comprender la realidad (el mundo macroscópico donde la gravedad domina) y la mecánica cuántica que describe lo muy pequeño, a escala atómica y subatómica, podrían dejar de estar separadas como hasta ahora sucede. 

En definitiva, a través de estos experimentos, y los que vengan en el futuro, quizá podría encontrarse una teoría del Todo que describa de mejor manera la realidad. 

Es decir, podríamos acercarnos a una comprensión más profunda del Universo, en la que la gravedad y la mecánica cuántica dejarían de ser marcos separados. Ambas podrían unificarse en una teoría cuántica de la gravedad, un objetivo que durante décadas ha sido considerado el santo Grial de la física.