Un trozo diminuto de metal puede estar “aquí y allí” al mismo tiempo. No es una metáfora, es lo que acaba de demostrar un equipo de físicos de la Universidad de Viena y de la Universidad de Duisburg‑Essen en uno de los experimentos más extremos de mecánica cuántica realizados hasta ahora.
Qué han conseguido exactamente
En el laboratorio de Viena han hecho interferir nanopartículas de sodio que contienen más de 7000 átomos cada una. Su diámetro ronda los 8 nanómetros, un tamaño comparable al de las estructuras más finas de los transistores modernos, y su masa supera las 170 000 unidades de masa atómica, más que muchas proteínas.
En la práctica, han tomado estos “pegotes” metálicos minúsculos, los han enfriado, acelerado hasta unos 160 metros por segundo y los han hecho pasar por un interferómetro llamado MUSCLE, siglas en inglés de “experimento de interferencia de cúmulos multiescala”. El aparato utiliza tres rejillas formadas con luz ultravioleta que actúan como una especie de rendijas y espejos a escala cuántica.
Al final del recorrido, las nanopartículas dibujan un patrón de franjas, igual que la luz cuando pasa por una doble rendija. Ese patrón es la huella clara de que se han comportado como ondas de materia y no como simples bolitas sólidas siguiendo una única trayectoria.
Del “gato de Schrödinger” al “trozo de metal de Schrödinger”
Para entender por qué este resultado es tan llamativo, conviene recordar la famosa idea del “gato de Schrödinger”. En ese experimento mental, un gato puede estar vivo y muerto a la vez mientras nadie mire dentro de la caja. Aquí el papel del gato lo juega una nanopartícula metálica.
Durante su vuelo, la posición de cada cúmulo no está bien definida. Su estado cuántico se extiende a dos ubicaciones separadas unos 133 nanómetros, una distancia más de diez veces superior al propio tamaño de la partícula. Es, literalmente, un “pedazo de metal que está aquí y también allí” en la misma función de onda.
Como resume el autor principal, Sebastian Pedalino, “intuitivamente cabría esperar que un trozo de metal tan grande se comporte como una partícula clásica”. El hecho de que siga produciendo interferencia muestra que la mecánica cuántica sigue funcionando incluso a esta escala y que, de momento, no hacen falta teorías alternativas.
Un récord en “macroscopicidad” cuántica
Para comparar este tipo de experimentos entre sí, los físicos usan una medida llamada macroscopicidad. Dicho muy en llano, cuanto mayor es el número μ, más “duro” es el examen al que se somete a la mecánica cuántica y más se aprietan las tuercas a cualquier teoría que intente modificarla.
El experimento de Viena alcanza una macroscopicidad de μ = 15,5. Esto supone aproximadamente un orden de magnitud más que cualquier prueba cuántica anterior con otros sistemas, como interferometría atómica, moléculas complejas o resonadores mecánicos.
Para hacerse una idea, los autores explican que lograr una prueba igual de exigente con electrones exigiría mantener su superposición cuántica durante unos cien millones de años. Las nanopartículas metálicas del experimento solo necesitan del orden de una centésima de segundo para conseguir el mismo “golpe de efecto” sobre las teorías rivales.
Por qué importa algo tan abstracto
Puede que a primera vista todo esto parezca muy lejano de la vida diaria. Pero en el fondo este tipo de experimentos tocan una pregunta muy básica. Si la naturaleza es cuántica, ¿por qué vemos un mundo clásico en el que las cosas tienen posiciones bien definidas, no se “desparraman” como ondas y no están en dos sitios a la vez?
Algunos modelos teóricos proponen que las superposiciones cuánticas muy grandes se colapsan por sí solas, de forma espontánea o quizá por efectos ligados a la gravedad. Si eso fuera cierto, estados del tipo “gato de Schrödinger” para objetos masivos se desharían antes de llegar al detector. Sin embargo, en Viena observan interferencia nítida con cúmulos de más de 7000 átomos y masas de unas 0,2 megadalton, sin rastro de esa ruptura automática de la superposición.
En buena medida, el resultado estrecha aún más el margen a esas teorías modificadas. No demuestra que sean imposibles, pero sí que, si existen, solo pueden actuar a escalas todavía más grandes o con intensidades mucho menores de lo que algunos modelos sugerían.
Qué puede venir después
Más allá de las implicaciones filosóficas, la propia máquina MUSCLE es ya un sensor de fuerzas extremadamente sensible. El interferómetro es capaz de “notar” fuerzas tan pequeñas como 10⁻²⁶ newton, y los investigadores confían en mejorar esa sensibilidad en futuras versiones.
Además, el equipo planea repetir el esquema con objetos aún más masivos y con otros materiales, por ejemplo nanopartículas dieléctricas o incluso sistemas biológicos del tamaño de virus pequeños. Si lo logran, la frontera entre lo cuántico y lo que percibimos como macroscópico se volverá todavía más difusa. Y ahí es donde la física actual tendrá que seguir demostrando hasta dónde llega.
El estudio ha sido publicado en la revista Nature.
