Verificación cuántica del experimento de Galileo de la caída de los cuerpos

En 1971, David Scott, astronauta del Apollo 15, dejó caer un martillo y una pluma sobre la superficie de la Luna. Ambos llegaron a la superficie lunar al mismo tiempo. Se publica en Physical Review Letters el mismo experimento realizado con átomos de rubidio (87Rb) y de potasio (39K) ultrafríos. Ambos caen al mismo tiempo con un error de una parte en diez millones (cociente de Eötvös de (0,3 ± 5,4) × 10−7tras un tiempo de integración de 4096 segundos). Ernst Rasel (Univ. Leibniz de Hannover, Alemania) y sus colegas han enfriado estos átomos a pocos microkelvin y han usado una trampa magneto-óptica.

Nos lo cuenta Michael Schirber, “Free Falling Matter Waves,” Synopsis, Physics, 22 May 2014, que se hace eco del artículo técnico de D. Schlippert et al., “Quantum Test of the Universality of Free Fall,” Phys. Rev. Lett. 112: 203002, 22 May 2014.

La medida ha usado un interferómetro de tipo Mach-Zehnder basado en espectroscopia tipo Raman. Al incidir luz láser (monocromática) sobre los átomos, se excitan sus electrones y cambia la energía de los fotones del láser (dispersión inelástica tipo Raman de los fotones con los átomos). Este cambio se mide con gran precisión utilizando un interferómetro de Mach-Zehnder. El error obtenido está limitado por la estabilidad de los átomos de potasio.

La diferencia de aceleración entre los átomos de rubidio y potasio se ha medido de dos maneras diferentes, con el interferómetro colocado en dirección hacia arriba (+) y hacia abajo (-). Los resultados se han combinado para obtener una medida más precisa. En los próximos años se pretende mejorar la precisión de experimento al menos en un orden de magnitud.

¿Qué interés tiene estudiar una versión cuántica del experimento de caída de los cuerpos? Permite comprobar cómo se incorpora la gravedad (de Newton) en la ecuación cuántica de Schrödinger. La gravedad cuántica es la teoría más buscada de la física en el siglo XXI. Verificar que la física cuántica y la gravedad de Newton son compatibles (al menos al nivel de la ecuación de Schrödinger) es un primer paso imprescindible para sesgar las posibles propuestas teóricas para la gravedad cuántica. De ahí la gran importancia de este tipo de experimentos que comprueban lo que todo el mundo sabe, o debería saber, que es verdad, pero que podría no serlo