Dos paquetes de onda del mismo átomo: uno fijado sobre un chip, el otro soltado en el vacío. El 2 de septiembre de 2026, el equipo de la Universidad Ben-Gurion, junto a Ulm, Oxford y el Nobel Roger Penrose, publicó en Science Advances la primera medición directa de la fase cuántica de un objeto en caída libre. El veredicto: Einstein y la mecánica cuántica siguen de acuerdo.

Una piedra angular de Einstein frente al mundo cuántico

Empecemos por el dato más fuerte. El principio de equivalencia, la piedra angular de la relatividad general, la teoría de la gravedad de Einstein, acaba de enfrentarse a la materia cuántica en caída libre. Y aguanta.

Desde hace más de un siglo, la física descansa sobre dos teorías que nunca quisieron reconciliarse. La mecánica cuántica describe el mundo de los átomos. La relatividad general describe la gravedad, las caídas, las órbitas. Su punto de encuentro sigue siendo una obra abierta, y cada prueba cuenta.

«No tenemos ninguna teoría coherente que nos diga por qué la física cuántica debería flaquear. Este experimento empuja la mecánica cuántica hacia una de sus fronteras más intrigantes, la gravedad, y demuestra que, una vez más, sus predicciones se cumplen», resume Vlatko Vedral, físico de la Universidad de Oxford y coautor del estudio.

El ascensor de Einstein, versión átomo

Volvamos al principio en sí. Si caes en caída libre, dejas de sentir tu propio peso: tus órganos, tu reloj, tu café flotan a tu alrededor. La gravedad no ha desaparecido, pero dentro de tu ascensor en caída ya no tiene efecto medible. Para un observador en caída libre, la gravedad desaparece localmente: ese es el principio de equivalencia.

El principio ha sobrevivido a pruebas de precisión extrema con materia ordinaria, con balanzas, láseres y satélites. Pero nunca directamente sobre un objeto cuántico en caída libre. La dificultad la pone la mecánica cuántica: un átomo no es una canica, es también una onda, capaz de dividirse en dos paquetes que siguen caminos distintos antes de recombinarse. ¿Qué «caída» mides cuando el objeto recorre varias trayectorias a la vez?

Responder a esa pregunta exigía un instrumento nuevo, y una forma completamente novedosa de medir.

El Quantum Galileo: soltar una onda, fijar la otra

El instrumento se llama Quantum Galileo Interferometer, en homenaje a los trabajos de Galileo sobre la caída de los cuerpos. La leyenda cuenta que Galileo dejaba caer bolas desde la torre de Pisa para mostrar que caen juntas. Aquí, las dos bolas son dos paquetes de onda del mismo átomo. Suelta uno, fija el otro, y compara.

Todo empieza con un condensado de Bose-Einstein, una nube de unos 20 000 átomos de rubidio enfriados a 3,3 nanokelvin. Para situar la escala: el espacio entre las estrellas, bañado por el fondo cósmico de microondas, marca 2,7 kelvin. La nube está unos 800 millones de veces más fría, al borde del cero absoluto, el punto donde toda agitación cesa. A esa temperatura, los átomos dejan de ser canicas individuales y forman una sola onda colectiva.

Esquema del diseño del chip de átomos: a la izquierda, los hilos de cobre con sus dimensiones en milímetros, a la derecha, las trayectorias de los dos paquetes de onda sobre la superficie del chip.
El corazón del experimento: a la izquierda, los hilos del chip de átomos que generan los campos magnéticos, a la derecha las trayectorias de los dos paquetes de onda, uno retenido sobre el chip, el otro lanzado y soltado. Crédito: Dobkowski et al., Science Advances (2026), vía arXiv.

La nube se sitúa sobre un chip de átomos, una placa de silicio atravesada por finos hilos de cobre. Los hilos generan campos magnéticos que atrapan y dirigen los átomos sin tocarlos jamás. Pulsos de microondas dividen entonces cada onda atómica en dos paquetes, dos clones que parten hacia estados de energía distintos.

Esquema de la secuencia experimental: un condensado de átomos sobre un chip se divide en dos paquetes de onda, uno retenido por campos magnéticos, el otro lanzado hacia arriba y soltado, antes de recombinarse en franjas de interferencia.
La secuencia del experimento: el condensado se divide en dos paquetes de onda, uno queda retenido sobre el chip de átomos, el otro es lanzado hacia arriba y soltado, antes de que ambos se recombinen. Crédito: Dobkowski et al., Science Advances (2026), vía arXiv.

La secuencia se juega en tres tiempos:

  1. Fijar: el primer paquete de onda permanece en un estado sensible a los campos magnéticos. Los hilos del chip ejercen sobre él una fuerza hacia arriba que compensa exactamente la gravedad. Queda inmóvil respecto al laboratorio.
  2. Soltar: el segundo paquete es lanzado hacia arriba y luego pasa a un estado casi insensible a los campos magnéticos. Ya no actúa ninguna fuerza: cae en caída libre, como una pelota lanzada en vertical.
  3. Recombinar: al final de la caída, un pulso devuelve los dos paquetes uno sobre el otro. Interfieren, como dos olas que se cruzan, y las franjas revelan lo que ocurrió mientras tanto.

Una firma que crece con el cubo del tiempo

Lo que busca el equipo cabe en una palabra: la fase. En mecánica cuántica, una onda avanza como un cronómetro cuya aguja gira sin parar. Si dos ondas idénticas viven experiencias distintas, sus agujas se descuelgan. Ese desfase, la fase, se lee en las franjas de interferencia al recombinarse.

La teoría predice para la caída libre una fase muy particular: depende de g, la aceleración de la gravedad en la Tierra, al cuadrado, y del cubo del tiempo de caída, todo dividido por el cuanto de acción, la constante que reina en el mundo cuántico. En claro: duplicar la duración de la caída no duplica el efecto, lo multiplica por 8.

Gráfico científico que muestra la fase medida en función del tiempo de caída, con una curva teórica en g al cuadrado por T al cubo que se ajusta a los puntos de medición.
La fase medida en función del tiempo de caída: los puntos siguen la ley predicha de g al cuadrado por T al cubo, dividida por el cuanto de acción. Crédito: Dobkowski et al., Science Advances (2026), vía arXiv.

Los investigadores midieron este desfase con dos métodos independientes. Ambos arrojaron el mismo valor, el que predice el principio de equivalencia aplicado a una onda cuántica. Es la primera medición directa de la fase cuántica de un objeto en caída libre.

«Es un artículo único, en el sentido de que combina un experimento difícil con una interpretación teórica de gran alcance, sobre una de las preguntas más fundamentales de la física: cómo pueden la gravedad de Einstein y la teoría cuántica unirse en una sola comprensión del universo», explica Ron Folman, de la Universidad Ben-Gurion, autor principal del estudio.

Qué cambia y qué no

Seamos precisos con el alcance. El experimento no reúne la mecánica cuántica y la gravedad, y no demuestra que la gravedad sea cuántica. Establece algo sólido: en el régimen probado, masas minúsculas y tiempos cortos, el principio de equivalencia se aplica a la materia cuántica sin rechistar.

El argumento de Penrose sigue en pie. El físico defiende desde hace décadas que la mecánica cuántica podría flaquear con objetos lo bastante masivos mantenidos en superposición durante tiempo suficiente, con la propia gravedad forzando el colapso de la superposición. El experimento con átomos, demasiado ligero, no alcanza ese régimen. La respuesta podría llegar con los nanodiamantes, cristales de carbono mucho más pesados que un átomo, que un experimento en marcha en Ben-Gurion pretende suspender en estados cuánticos.

¿Y la caída libre? En la Tierra dura poco. A bordo de la ISS, el Cold Atom Lab de la NASA ya hace evolucionar nubes de átomos fríos en ingravidez prolongada, donde la caída no termina nunca. Esa es una de las direcciones naturales de estas pruebas: interferómetros de átomos en el espacio, que vigilarían la interfaz gravedad-cuántico sin ver nunca interrumpida la caída.

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