Científicos Proponen una Prueba Factible de la Gravedad Cuántica

La física unificada es una descripción integrada de todos los fenómenos físicos, desde la mecánica cuántica hasta la relatividad general, que es totalmente coherente en ambos regímenes extremos. La realización de un modelo singular que puede describir comportamientos y propiedades fundamentales desde las escalas más pequeñas hasta las más grandes se encontró en el estudio del físico Nassim Haramein: Quantum Gravity and the Holographic Mass -abreviado QGHM-. En dicho estudio, Haramein encuentra una ecuación unificadora que describe el origen de la masa en función de la geometría del espacio-tiempo cuantizado a la escala de Planck -dando la masa exacta de los agujeros negros de tamaño astronómico y de los objetos de dominio cuántico como el protón y electrón-, mostrando cómo esta geometría cuántica del espacio-tiempo produce la fuerza de acoplamiento para unir hadrones a través de la gravedad cuántica, y cómo la invariancia relativista lorentziana hace que la interacción gravitatoria cuántica parezca exponencialmente débil a unas pocas longitudes de Planck del radio de carga del protón.

A pesar del notable éxito del nuevo modelo en la unificación de la física, muchos físicos siguen en la cuerda floja, ya que por muy elegantes que sean una ecuación y un modelo, sus predicciones deben ser comprobadas experimentalmente antes de que puedan considerarse realmente válidas. Nótese que el radio de carga del protón predicho por QGHM se verificó posteriormente de forma experimental, tras su publicación. Ahora, dos equipos que trabajan de forma independiente han diseñado un protocolo experimental para probar la "cuantización" de la gravedad, demostrando que la gravedad y la mecánica cuántica pueden reconciliarse.

El primer equipo está formado por Chiara Marletto, de la Universidad de Oxford, y Vlatko Vedral, de la Universidad Nacional de Singapur. El segundo es una colaboración internacional. En los artículos, ambos publicados en Physical Review Letters [1], los equipos de investigación describen cómo la inducción del entrelazamiento cuántico a través de la interacción del campo gravitatorio de dos partículas puede demostrar que, efectivamente, la gravedad tiene una naturaleza cuantizada en las escalas más fundamentales, como demostró Haramein en QGHM, donde el cálculo geométrico y holográfico de los diminutos osciladores electromagnéticos conocidos como unidades esféricas de Planck generan la masa precisa y la interacción gravitatoria de los objetos.

Como dice el resumen de [1]:

 Todas las propuestas de gravedad cuántica existentes son extremadamente difíciles de probar en la práctica. Los efectos cuánticos en el campo gravitatorio son excepcionalmente pequeños, a diferencia de los del campo electromagnético. La razón fundamental es que la constante de acoplamiento gravitacional es unos 43 órdenes de magnitud menor que la constante de estructura fina, que gobierna las interacciones luz-materia. Por ejemplo, la detección de gravitones -los hipotéticos cuantos del campo gravitatorio previstos por ciertas propuestas de gravedad cuántica- se considera prácticamente imposible. Aquí adoptamos un enfoque radicalmente distinto, basado en la teoría de la información cuántica, para comprobar la gravedad cuántica. Proponemos presenciar características cuánticas en el campo gravitatorio, sondeándolo con dos masas cada una en una superposición de dos lugares. En primer lugar, demostramos que cualquier sistema (por ejemplo, un campo) que medie el entrelazamiento entre dos sistemas cuánticos debe ser cuántico. Este argumento es general y no depende de ninguna dinámica específica. A continuación, proponemos un experimento para detectar el entrelazamiento generado entre dos masas a través de la interacción gravitatoria. Según nuestro argumento, el grado de entrelazamiento entre las masas es un testigo de la cuantización del campo. Este experimento no requiere ningún control cuántico sobre la gravedad. También está más cerca de realizarse que la detección de gravitones o la detección de fluctuaciones cuánticas del vacío gravitacional.

Y dice el abstracto del trabjo de Sougato Bose et al [2] : 

Entender la gravedad en el marco de la mecánica cuántica es uno de los grandes retos de la física moderna. Sin embargo, la falta de pruebas empíricas ha llevado a debatir si la gravedad es una entidad cuántica. A pesar de las variadas propuestas de sondas para la gravedad cuántica, es justo decir que todavía no hay ideas viables para probar su comportamiento coherente cuántico directamente en un experimento de laboratorio. Aquí presentamos una idea para tal prueba basada en el principio que dice que dos objetos no pueden estar entrelazados sin un mediador cuántico. Demostramos que, a pesar de la debilidad de la gravedad, la evolución de fase inducida por la interacción gravitatoria de dos masas de prueba de tamaño micrométrico en interferómetros de ondas de materia adyacentes puede entrelazarlas de forma detectable incluso cuando están colocadas lo suficientemente lejos como para mantener a raya las fuerzas de Casimir-Polder. Proporcionamos una receta para presenciar este entrelazamiento, que certifica que la gravedad es un mediador cuántico coherente, a través de simples mediciones de correlación de espín.

RSF en Perspectiva:

El tiempo es la base de toda nuestra experiencia, pero sigue siendo un factor difícil de definir en un modelo científico coherente. Los modelos más avanzados de física unificada consideran el tiempo como una propiedad emergente, no como un atributo intrínseco del mundo físico. Esto se debe, en parte, al tratamiento del tiempo en la relatividad general, donde el tiempo se fusiona inextricablemente con el espacio y pasa a ser relativo al propio marco de referencia.

En la relatividad general, se suele imaginar que cualquier marco de referencia utiliza un entramado de relojes para registrar los acontecimientos, donde cada lugar del espacio tiene un reloj idealizado correspondiente. Los relojes pueden utilizarse entonces para localizar eventos en el espacio-tiempo. En esta imagen del entramado de relojes, éstos se consideran objetos externos que no interactúan con el resto del universo. Esto plantea algunas consideraciones, ya que en el marco del universo conectado entendemos que "todo afecta a todo lo demás", así que ¿hasta qué punto es exacto considerar que nuestros relojes se comportan independientemente del sistema circundante?

Esta pregunta se aborda mas detalladamente en el articulo de RSF titulado Entanglement of quantum clocks by gravity (Entrelazamiento de relojes cuánticos por la gravedad). 

Más información en: A possible experiment to prove that gravity and quantum mechanics can be reconciled

Referencias:

[1] C. Marletto et al. Gravitationally Induced Entanglement between Two Massive Particles is Sufficient Evidence of Quantum Effects in Gravity, Physical Review Letters (2017).. DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.240402 , https://arxiv.org/abs/1707.06036

[2] Sougato Bose et al. Spin Entanglement Witness for Quantum Gravity, Physical Review Letters (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.240401 , https://arxiv.org/abs/1707.06050