NeoFronteras

Proponen que las ondas gravitacionales son las responsables del colapso instantáneo de las funciones de onda para objetos macroscópicos.

Esquema del interferómetro de Zeilinger y Arndt.

Hay un problema en la Mecánica Cuántica que permanece sin resolver: ¿por qué la física a escala pequeña es tan diferente de la física a escala macroscópica? Nadie usa la Mecánica Cuántica (MC) para diseñar automóviles, quizás éstos sería aún más caros de ser así y los físicos por fin encontrarían un lugar en donde ganar un sueldo digno, pero en realidad no se hace porque no es necesario. Un auto no se comporta cuánticamente.
Parece que hay una frontera de tamaño entre el mundo microscópico y el macroscópico más allá de la cual ya no es necesario usar la MC para describir los fenómenos que ocurren.
Algo típico, y extraño a nuestros ojos, que ocurre a escalas pequeñas es la superposición de estados. Así, un electrón puede estar en un estado que sea una superposición de dos, pero al medir su función de ondas colapsa y sólo está en uno de esos dos estados. No hay nada en el mundo macroscópico que se asemeje a esa situación, incluyendo los gatos de Schrödinger.
La explicación más directa es que los objetos grandes no están sujetos a las mismas leyes cuánticas que gobiernan el mundo de las partículas elementales, átomos y moléculas. Pero, ¿por qué no?
La localización de ese límite entre el mundo cuántico y el clásico ha sido siempre un misterio. Una idea intenta solucionar la transición de un mundo a otro es que aquella que dice que cualquier cosa (incluso un objeto macroscópico) empieza como un estado cuántico, existiendo en una superposición de estados, pero cuando interacciona con el ambiente colapsa a un estado único clásico, fenómeno que se conoce como decoherencia cuántica.
Ahoras Brahim Lamine, de la Universidad Pierre y Marie Curie en París, y sus colaboradores dicen que las responsables para este colapso generalizado serían las ondas gravitacionales. Estas ondas, aunque nunca han sido detectadas directamente, son oscilaciones del propio espacio-tiempo y se generan en fenómenos muy energéticos, como explosiones de supernova, colisiones de estrellas de neutrones o durante el Big Bang.
La consecuencia es que siempre hay fondo de ondas gravitacionales en cualquier parte del Universo, aunque tengan unas amplitudes muy bajas.
Según informan estos investigadores en un congreso reciente, estas ondas podrían ser responsables del colapso de los sistemas cuánticos. Calculan que estas fluctuaciones del espacio-tiempo podrían contribuir a la decoherencia cuántica, de tal modo que para sistemas de masa grande como la Luna la decoherencia inducida por las ondas gravitacionales disiparía inmediatamente cualquier superposición cuántica. A otras escalas el efecto de estas ondas sería despreciable y por eso sí que vemos superposición en al caso de los electrones, por ejemplo, o para los fotones (que no tienen masa).
Para comprobar si efectivamente las ondas gravitacionales provocan la decoherencia en objetos grandes los investigadores proponen usar un interferómetro de ondas de materia con moléculas a las que se les hace pasar rejillas múltiples. La naturaleza ondulatoria de estos objetos haría que se difractaran y las ondas de difracción interaccionan entre sí para producir un patrón de interferencia. La decoherencia cuántica destruiría este patrón, así que en principio esto podría proporcionar un test sobre si el efecto de decoherencia de las fluctuaciones del espacio-tiempo encaja con las predicciones.
El sistema debería de estar completamente aislado a la hora de poder descartar otros efectos, pero esto es imposible en la práctica con los interferómetros de materia actuales.
Los primeros experimentos al respecto fueron realizados por Anton Zeilinger, Markus Arndt y sus colaboradores de la Universidad de Viena. Fueron capaces de hace interferir haces de buckybolas de carbono 60. Lo malo es que incluso con moléculas de este tamaño el efecto de las ondas gravitacionales es demasiado pequeño en poderse observar.
Según Lamine el efecto debería de ser mensurable para grandes sistemas o para altas energías. Un haz de 300 átomos de carbono mostrarían el efecto si se le hace interferir sobre un área efectiva de 1 metro cuadrado, pero esto está más allá de la tecnología actual.
Algunas teorías especulativas predicen, sin embargo que la decoherencia cuántica podría ocurrir a escalas de energía menores a las predichas por Lamine. Si esto es así se podría realizar el experimento.
Según Arndt ésta es la razón que hay detrás de la política de su grupo de llevar al límite la masa en sus experimentos.
Aunque la propuesta es arriesgada no cabe duda que tiene el valor de proponer una comprobación experimental de la misma. Aunque el efecto de tales ondas es tan minúsculo (de hecho todavía no se han detectado directamente por esta causa) que casi cualquier otro tipo de ruido sería más importante.

Fuentes y referencias:
Noticia en New Scientist.
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