La mecánica cuántica ha demostrado, desde hace décadas, que las partículas más pequeñas pueden comportarse de formas que desafían el sentido común. Pero ¿qué ocurre cuando lo que se pone a prueba no son electrones ni átomos individuales, sino clústeres enteros de miles de átomos de metal? La respuesta acaba de llegar desde un laboratorio de Viena: sí, también esas estructuras macroscópicas pueden entrar en un estado de superposición cuántica, como si existieran en varios lugares al mismo tiempo.
Un equipo de físicos ha logrado colocar nanopartículas metálicas de sodio —compuestas por hasta 10.000 átomos— en un estado que se conoce como “gato de Schrödinger”. En ese estado, cada partícula no tiene una ubicación fija, sino que se comporta como si estuviera en más de un sitio a la vez. El hallazgo, publicado en la revista Nature, representa uno de los avances más significativos en la búsqueda por entender hasta dónde se puede estirar la lógica cuántica antes de que el mundo se vuelva “clásico”.
Un experimento pensado para empujar los límites
El trabajo fue llevado a cabo por investigadores de la Universidad de Viena y la Universidad de Duisburg-Essen, y marca un hito en la exploración de la llamada “macroscopicidad cuántica”. Hasta ahora, los experimentos de interferencia cuántica se habían realizado con átomos, moléculas simples o estructuras biológicas ligeras. En este caso, los protagonistas fueron nanopartículas metálicas que superan los 170.000 daltons de masa, un valor mayor que el de muchas proteínas complejas.
Para lograrlo, los científicos utilizaron una técnica de interferometría con materia en la que los clústeres se enfrían, se alinean y luego se hacen pasar por tres rejillas generadas con láser ultravioleta. El resultado fue un patrón de interferencia visible: una especie de huella ondulatoria que solo puede explicarse si las partículas se comportan como ondas cuánticas.
La clave del experimento no está solo en el tamaño de las partículas, sino también en la distancia que recorren sin ser medidas. Durante ese trayecto, su posición no es fija. Se trata de una delocalización que, en palabras del equipo, supera “más de una orden de magnitud” el tamaño de la propia partícula.
El regreso del gato más famoso de la física
El término “estado de gato de Schrödinger” no es solo un guiño cultural. En física, se utiliza para describir situaciones en las que un sistema puede encontrarse en dos estados mutuamente excluyentes al mismo tiempo. En este caso, los clústeres de sodio estaban simultáneamente “aquí y allá”, en términos espaciales.
Una de las citas más directas del artículo científico explica: “Este estado cuántico es análogo al gato de Schrödinger: aquí, un objeto macroscópico desafía la intuición al implicar una superposición de trayectorias clásicamente distintas”.
Lo más impactante es que estos estados cuánticos no colapsaron durante el experimento. La interferencia se mantuvo visible, lo que refuerza la validez del modelo cuántico incluso para objetos de gran tamaño. En otras palabras, el mundo cuántico no se detiene en los electrones ni en las moléculas pequeñas: se extiende mucho más allá.
Cómo se construyó un experimento sin precedentes
Para alcanzar este resultado, el equipo desarrolló una plataforma experimental denominada MUSCLE (por sus siglas en inglés). Allí, se generan clústeres de sodio en una cámara de agregación y se enfrían a 77 kelvins. Luego, se los hace avanzar a través de una configuración de interferómetro Talbot–Lau, que utiliza tres rejillas ópticas formadas por haces de luz ultravioleta.
Cada rejilla cumple una función específica: la primera prepara la coherencia, la segunda actúa como una rejilla de fase, y la tercera permite registrar el patrón resultante. La tecnología empleada permite controlar con precisión la trayectoria cuántica de las partículas y medir desviaciones con una sensibilidad extraordinaria.
La señal resultante fue clara: un patrón de franjas que surge solo si las partículas actúan como ondas, y que no puede explicarse mediante trayectorias clásicas. La visibilidad del patrón alcanzó hasta un 10 % en clústeres de masa media, y hasta 66 % en partículas más masivas. En palabras del artículo: “Observamos interferencia de partículas masivas ampliamente deslocalizadas, demostrando que la mecánica cuántica estándar se mantiene válida a esta escala”.
Qué significa lograr una macroscopicidad récord
Uno de los aportes más destacados del estudio es el valor alcanzado de macroscopicidad cuántica, una medida introducida en años recientes para cuantificar cuán “grande” o “clásico” es un sistema en estado cuántico. Cuanto mayor el valor, mayor es la capacidad del experimento para refutar teorías alternativas que proponen que la física cuántica falla a gran escala.
En este caso, el experimento obtuvo un valor de μ = 15,5, lo que supera por un orden de magnitud el récord anterior. Según los propios autores, lograr el mismo nivel de prueba con electrones exigiría mantener su superposición durante cien millones de años. En cambio, estos clústeres necesitaron apenas una centésima de segundo.
Esto implica que no hay necesidad de modificar la ecuación de Schrödinger para explicar lo observado, lo que refuerza la solidez del modelo cuántico incluso en el límite entre lo microscópico y lo macroscópico.
¿Y ahora qué? El futuro de la cuántica con nanopartículas
El experimento no solo demuestra que las leyes cuánticas se aplican a objetos más grandes de lo que se creía. También abre la puerta a nuevas investigaciones con materiales aún más complejos, incluyendo biomoléculas y virus de pequeño tamaño.
Además, el interferómetro utilizado tiene aplicaciones prácticas: funciona como un sensor de fuerza extremadamente sensible, capaz de detectar interacciones en el rango de 10-26 newtons. Esto podría usarse para medir propiedades eléctricas, magnéticas u ópticas de nanopartículas aisladas, lo que complementa técnicas existentes en nanotecnología.
El equipo espera, con mejoras técnicas, multiplicar varias veces la sensibilidad del experimento. También planea ampliar el tipo de partículas que pueden analizar, incluyendo otras clases de materiales. Este avance no solo desafía los límites teóricos de la física, sino que puede tener impactos tecnológicos concretos en los próximos años.
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