Monika Schleier Smith / Dawn Harmer / Slac National Accelerator Laboratory
Un equipo de físicos trabaja para crear espacio-tiempo en un laboratorio
Asegura que este continuo surge de los átomos cuánticos, cuyas interacciones se pueden controlar para imitar la geometría del espacio-tiempo.
La posibilidad de crear espacio tiempo en laboratorio se perfile en el horizonte de la Física. / Generador de imágenes de la IA de Bing para T21/Prensa Ibérica, desarrollada con tecnología de DALL·E.
El espacio-tiempo podría crearse desde cero en laboratorio, según una física teórica de Stanford. Monika Schleier-Smith cree que el continuo espacio-tiempo emerge, como un holograma, de interacciones cuánticas que se pueden crear prácticamente de la nada.
Monika Schleier-Smith es una física teórica que trabaja en la Universidad de Stanford, donde realiza investigaciones sobre el espacio-tiempo y la física cuántica. Su meta es ver grandes conjuntos de átomos cumplir sus órdenes e interactuar entre sí a distancias que son increíblemente vastas, al menos para el reino cuántico, explica ScienceNews.
Ella cree que el espacio-tiempo, la estructura que describe cómo se relacionan el espacio y el tiempo, no es una entidad fundamental, sino que surge de algo más básico: los átomos cuánticos del espacio.
Espacio tiempo cuántico
Estos átomos cuánticos son entidades matemáticas que existen en un nivel más profundo de la realidad, donde no hay espacio ni tiempo. Estos átomos se pueden combinar para formar moléculas, que a su vez pueden formar redes complejas que dan lugar al espacio-tiempo.
Ahora Schleier-Smith está probando la idea de que el espacio-tiempo emerge, como un holograma, de interacciones cuánticas que se pueden crear en el laboratorio, destaca en declaraciones a NewScientist.
Principio holográfico
Su idea se basa en el principio holográfico, según el cual el espacio-tiempo y la gravedad surgen del entrelazamiento cuántico, un fenómeno que permite que dos partículas compartan información, aunque estén separadas entre sí por grandes distancias.
Los átomos pueden almacenar información sobre los espines magnéticos, y aunque el espín (una propiedad de las partículas elementales) de cualquier átomo parece aleatorio, puede sincronizarse con otros espines en su red, explica Schleier-Smith en la revista Discovery. Ella controla qué átomos interactúan y construye sistemas en los que los átomos pueden entrelazarse a distancia.
Primer paso
En 2019, Schleier-Smith y su equipo obtuvo un logro significativo en este campo que explicó en la revista Physical Review Letters: utilizó luz láser para crear interacciones a larga distancia en una nube de unos 100.000 átomos fríos de rubidio.
Papara conseguirlo, primero enfrió los átomos hasta casi el cero absoluto. Después de “congelarlos”, los átomos intercambiaron fotones para comunicar sus estados magnéticos entre sí.
Y en este experimento consiguió que los átomos intercambiaran sus respectivos espines a medio milímetro de distancia, una gran distancia para los átomos.
Espacio tiempo en laboratorio
Simular el espacio-tiempo en laboratorio es la siguiente proeza en la que está implicada Schleier-Smith usando en esta ocasión fotones o partículas de luz.
Los fotones son entidades cuánticas que pueden estar en varios estados a la vez, y que se pueden entrelazar con láseres.
Al manipular estos fotones, se pueden crear patrones de interferencia que imitan la geometría del espacio-tiempo en laboratorio. ¿Qué más se puede pedir?
El espacio-tiempo emerge, como un holograma, de interacciones cuánticas que se pueden crear en el laboratorio. / Generador de imágenes de la IA de Bing para T21/Prensa Ibérica, desarrollada con tecnología de DALL·E.
Aplicaciones
De salir adelante, su proyecto tendría varias ventajas prácticas. Por un lado, crear y controlar el espacio-tiempo a escala de laboratorio, podría resolver algunas de las paradojas de la física cuántica y la relatividad general, las dos teorías más exitosas de la física moderna.
Asimismo, permitiría hacer predicciones sobre fenómenos que ocurren a escalas muy pequeñas o grandes, como el origen del universo o los agujeros negros.
Hay que tener en cuenta que la capacidad de personalizar redes entrelazadas en el laboratorio es revolucionaria. Permite simular teorías matemáticas que antes eran imposibles de probar.
Por ejemplo, los experimentos de Schleier-Smith ya han probado una nueva teoría de la gravedad cuántica, un experimento que podría reconciliar la teoría de la relatividad general de Einstein con la mecánica cuántica.
Mayor precisión
Y en un terreno más práctico, esta insólita capacidad sobre el entrelazamiento cuántico podría conducir a los relojes más precisos hasta el momento: en 2010 el equipo de Schleier-Smith llevó la precisión de un reloj atómico más allá lo que se conoce como el “límite cuántico estándar”.
Esta capacidad también será un potente impulso para la medición de precisión, y para que las computadoras cuánticas puedan resolver problemas que son demasiado difíciles para las supercomputadoras de hoy en día.
Sin embargo, este método también tiene sus desafíos. Uno de ellos es cómo conectar las simulaciones con la realidad física, ya que los fotones son solo una aproximación de los átomos cuánticos del espacio. Otro es cómo incorporar la materia y la energía en el método, ya que hasta ahora solo se ha considerado la geometría del espacio-tiempo.
Camino por recorrer
Monika Schleier-Smith reconoce que su método es solo uno entre muchos posibles, y que todavía está lejos de ser una teoría completa.
Sin embargo, confía en que su enfoque pueda aportar nuevas perspectivas y herramientas para entender mejor la naturaleza del espacio-tiempo y su relación con la física cuántica.
De momento, Monika Schleier-Smith está dando mucho que hablar. Algo que ya se había predicho: en 2001 fue nombrada en la lista de Science News de los 10 científicos a seguir.
Con un detalle no menos importante: aproximadamente la mitad de los miembros de su laboratorio son mujeres, algo atípico en un campo dominado por los hombres. Y además Monika Schleier-Smith dice que siempre está rodeada de jóvenes comprometidos a resolver todos los problemas del mundo.
Aunque también podría decirse que se inspira en figuras históricas como el astrofísico inglés Fred Hoyle (1915-2001): también pensaba que se pueden crear partículas subatómicas para generar átomos en un laboratorio. Todo ayuda a que su propuesta adquiera consistencia.
