Ca¨ªda libre cu¨¢ntica

El espacio es el lugar ideal para realizar experimentos de mec¨¢nica cu¨¢ntica con la mayor precisi¨®n posible, ya que la gravedad no afecta a las medidas, explican los investigadores del proyecto Quantus en la Universidad de Hamburgo. Adem¨¢s, estos experimentos permiten acercarse a las fronteras de dos campos de la f¨ªsica b¨¢sicos pero que siguen separados, sin que se hayan podido conectar hasta ahora: la gravedad y la mec¨¢nica cu¨¢ntica.

Sin embargo, son estudios muy dif¨ªciles de dise?ar y de realizar, ya que el sujeto de experimentaci¨®n es materia muy delicada: los condensados de Bose Einstein, grupos de ¨¢tomos que a muy bajas temperaturas est¨¢n en id¨¦ntico estado cu¨¢ntico y pierden su individualidad para comportarse conjuntamente como una part¨ªcula cu¨¢ntica ¨²nica. Hasta 1995 no se lograron crear estos conjuntos de ¨¢tomos predichos por los f¨ªsicos que los bautizaron y que ya han sido objeto de un premio Nobel.

El primer paso hacia el estudio cu¨¢ntico en condiciones de microgravedad lo han dado los investigadores del proyecto citado al lograr dejar caer repetidamente un experimento con un condensado de Bose Einstein, con l¨¢seres y todo, desde una altura de 146 metros sin que cambiara su naturaleza. Toda una proeza t¨¦cnica que permite pensar en futuros experimentos espaciales, que podr¨ªan poner a prueba con mayor precisi¨®n la teor¨ªa de la relatividad general de Einstein y revelar las propiedades gravitatorias de la materia cu¨¢ntica. Los resultados se publican en la revista Science.

Las ca¨ªdas libres, analizadas al detalle, se han hecho en el interior de la torre de experimentaci¨®n ZARM, en Bremen. En estas condiciones, la gravedad en el interior de la c¨¢psula que contiene el experimento es hasta 100.000 veces inferior a la terrestre.

As¨ª, los investigadores, de Alemania, Reino Unido y Francia partieron de unos 10 millones de ¨¢tomos de rubidio-87 enfriados a temperatura muy baja. Se cargaron en una trampa magneto-¨®ptica en el interior de la c¨¢psula de ca¨ªda, un cilindro de 60 cent¨ªmetros de radio por 215 cent¨ªmetros de altura. Durante la ca¨ªda, los ¨¢tomos se siguen enfriando con l¨¢seres hasta conseguir crear un condensando de Bose Einstein de unos 10.000 ¨¢tomos. Luego, el conjunto se libera con delicadeza de la trampa para que se expanda muy despacio, mientras se ilumina con un l¨¢ser y se capta con una c¨¢mara electr¨®nica.

Los experimentos en la torre de Bremen son parecidos en diversos aspectos a los de una plataforma espacial, explican los investigadores, lo que les exigi¨® un gran esfuerzo de miniaturizaci¨®n y limitaci¨®n en el peso y en la potencia consumida en el dise?o de los componentes mec¨¢nicos, ¨®pticos y electr¨®nicos. El resultado fue la c¨¢psula m¨¢s compacta y pesada de las que se han tirado hasta ahora en la torre de Bremen.

Las medidas han indicado que el movimiento del condensado dentro de la c¨¢psula se debe a campos magn¨¦ticos residuales y no tiene origen gravitatorio. Por eso, los investigadores han comentado a la revista Physics World que quieren repetir el experimento con ¨¢tomos en un estado cu¨¢ntico ligeramente diferente, que no resulten afectados por los campos magn¨¦ticos y permitan tomar mejores medidas gravitatorias.

Seg¨²n Ernst Rasel, director del equipo, el objetivo es estudiar los condensados en el espacio, donde se har¨ªan experimentos de interferometr¨ªa que permitir¨ªan detectar peque?¨ªsimas variaciones en la gravedad. As¨ª se buscar¨ªan ondas gravitacionales, cuya existencia se supone pero no se ha confirmado, y se podr¨ªa comprobar con mucha precisi¨®n el principio de equivalencia de la teor¨ªa de la relatividad general.