Un experimento con átomos de rubidio ultrafríos midió directamente la fase cuántica de un objeto en caída libre y encontró que coincide con la predicción del principio de equivalencia.
Durante más de un siglo, la física ha trabajado con dos teorías extraordinariamente exitosas, pero que todavía no han podido integrarse en una descripción común de la naturaleza. La mecánica cuántica explica el comportamiento de los átomos y otras partículas microscópicas, mientras que la teoría general de la relatividad de Albert Einstein describe la gravedad y el movimiento de los cuerpos a gran escala.
Una de las preguntas abiertas es cómo se comportan los principios de la relatividad cuando se aplican a objetos que obedecen las reglas de la mecánica cuántica.
Un experimento realizado por un equipo internacional logró ahora observar directamente un efecto que había sido predicho al aplicar el principio de equivalencia de Einstein al comportamiento cuántico de un objeto en caída libre. El resultado muestra que, en el régimen estudiado, este principio sigue siendo consistente con la mecánica cuántica.
El trabajo fue publicado el 2 de septiembre de 2026 en Science Advances con el título “Observation of the quantum phase of free fall and the consistency with the equivalence principle”, por Or Dobkowski, Barak Trok, Peter Skakunenko, Yonathan Japha, David Groswasser, Maxim Efremov, Chiara Marletto, Ivette Fuentes Guridi, Roger Penrose, Vlatko Vedral, Wolfgang P. Schleich y Ron Folman.
Una pregunta que conecta dos teorías
El principio de equivalencia es uno de los fundamentos de la teoría de la gravedad de Einstein. Una de sus formulaciones establece que, para un observador que se encuentra en caída libre, los efectos locales de la gravedad desaparecen.
Un ejemplo sencillo es un elevador que cae libremente: mientras está en caída, una persona dentro experimentaría una sensación de ingravidez. Esta idea ha sido comprobada con gran precisión utilizando objetos macroscópicos, pero quedaba por establecer cómo podía observarse de manera directa cuando el objeto que cae presenta un comportamiento cuántico.
La dificultad está en que un objeto cuántico no se comporta simplemente como una pequeña versión de un objeto clásico. Una partícula como un átomo puede describirse mediante una onda cuántica y puede encontrarse en una superposición, es decir, en una combinación de distintos estados o trayectorias posibles.
El experimento buscó precisamente observar qué ocurre con esa onda cuántica cuando una parte de ella se encuentra en caída libre bajo la gravedad y otra permanece en una posición fija.
Una onda cuántica que se divide en dos caminos
Para realizar la medición, los investigadores desarrollaron un dispositivo denominado Quantum Galileo Interferometer, o Interferómetro Cuántico de Galileo.
El experimento se realizó en la Universidad Ben-Gurión del Néguev con nubes de átomos de rubidio enfriados hasta temperaturas apenas superiores al cero absoluto. Los átomos fueron manipulados cerca de un chip especialmente diseñado para generar campos magnéticos con gran precisión.
Primero, mediante pulsos de microondas, los investigadores llevaron los átomos a un estado de superposición. Esto permite describir cada átomo mediante una onda cuántica que sigue dos caminos diferentes de manera simultánea.
Después utilizaron pequeños conductores eléctricos incorporados al chip para producir campos magnéticos controlados.
Uno de los componentes de la onda cuántica respondía a ese campo magnético. Los investigadores aplicaron una fuerza hacia arriba que compensaba exactamente la atracción gravitatoria hacia abajo. De esta manera, esa parte de la onda permanecía prácticamente estacionaria con respecto al laboratorio y a la Tierra.
La otra parte recibió un impulso magnético hacia arriba y después fue colocada en un estado prácticamente insensible al campo magnético. A partir de ese momento quedó sometida a la gravedad y comenzó a caer libremente, siguiendo una trayectoria balística.
No se trataba de dos átomos diferentes ni de dos objetos clásicos separados: eran dos componentes de la misma descripción cuántica, que evolucionaban por caminos distintos.
La clave está en la fase cuántica
Después de que una de las partes hubiera permanecido suspendida y la otra hubiera caído, los investigadores volvieron a reunirlas mediante otro pulso magnético.
Cuando las dos ondas se encontraron, interfirieron entre sí. Esa interferencia permitió medir una diferencia extremadamente pequeña: la fase cuántica acumulada durante el tiempo en que una parte había estado en caída libre y la otra había permanecido fija.
La fase es un elemento fundamental para describir el estado de una onda cuántica. Aunque no puede observarse directamente como una trayectoria clásica, sus diferencias se manifiestan cuando dos ondas vuelven a combinarse y producen patrones de interferencia.
En este caso, esa diferencia de fase era justamente la magnitud que los investigadores necesitaban medir.
El resultado fue que la fase observada coincidió con la fase predicha al aplicar el principio de equivalencia de Einstein a una onda cuántica en caída libre.
No es la primera vez que se observa la gravedad con objetos cuánticos
La relevancia del experimento requiere una precisión importante.
La gravedad ya había sido observada y medida utilizando sistemas cuánticos, incluidos experimentos con átomos e interferometría atómica. Por eso, la novedad no consiste simplemente en demostrar que la gravedad afecta a partículas cuánticas.
Lo nuevo es la medición directa de la fase cuántica predicha para un objeto en caída libre, comparando la evolución de su onda con la de una onda mantenida en reposo.
En otras palabras, los investigadores no se limitaron a medir cuánto acelera un átomo debido a la gravedad. Midieron un efecto específico sobre su estado cuántico.
Ese es el punto que conecta de manera experimental el principio de equivalencia con la mecánica cuántica.
¿Qué significa para la física?
El resultado aporta evidencia experimental de que, en las condiciones y escalas utilizadas en este experimento, el principio de equivalencia de Einstein puede aplicarse de manera consistente al mundo cuántico.
Esto es importante porque la relación entre gravedad y mecánica cuántica sigue siendo uno de los grandes problemas de la física fundamental.
La relatividad general describe la gravedad como una propiedad de la geometría del espacio-tiempo, mientras que la mecánica cuántica utiliza una descripción diferente para los sistemas microscópicos. Hasta ahora no existe una teoría completa y experimentalmente confirmada que las integre en una sola estructura.
El nuevo resultado establece una conexión experimental entre ambos marcos, pero no demuestra que la gravedad sea un fenómeno cuántico ni que se haya logrado una teoría unificada de la gravedad y la mecánica cuántica.
Lo que demuestra es algo más específico: que el principio de equivalencia permanece compatible con la mecánica cuántica en el régimen que fue probado.
Un paso hacia experimentos más exigentes
El trabajo también tiene interés porque abre una vía experimental para explorar qué ocurre cuando los sistemas cuánticos son cada vez más grandes y masivos.
Uno de los autores del estudio es el físico Roger Penrose, quien ha planteado que la mecánica cuántica podría dejar de ser válida para objetos suficientemente masivos mantenidos en superposición durante periodos suficientemente largos.
El experimento actual todavía está muy lejos de esas condiciones. Por ello, sus resultados no contradicen la propuesta de Penrose ni permiten probarla.
La importancia del nuevo interferómetro es que podría servir como base para realizar experimentos con objetos más pesados. El equipo espera llevar esta técnica hacia sistemas como los nanodiamantes, donde sería posible explorar un régimen mucho más cercano a las preguntas planteadas sobre los límites de la mecánica cuántica.
De acuerdo con la Universidad de Oxford, un experimento de ese tipo ya está en desarrollo dentro del mismo grupo de investigación.
Entre Einstein y el mundo cuántico
La caída de un objeto parece, a primera vista, uno de los fenómenos más sencillos de la física. Sin embargo, cuando ese objeto debe describirse como una onda cuántica, conceptos como caída libre, superposición e interferencia adquieren una dimensión completamente distinta.
El experimento realizado con átomos de rubidio permite explorar experimentalmente una zona en la que la relatividad general y la mecánica cuántica se encuentran.
Por primera vez, los investigadores pudieron medir directamente la fase cuántica asociada a un objeto en caída libre y comprobar que, dentro del régimen estudiado, coincide con la predicción derivada del principio de equivalencia de Einstein.
El resultado abre una nueva vía para estudiar la frontera entre la gravedad y la mecánica cuántica, al llevar las predicciones de Einstein a un régimen donde los objetos se comportan de acuerdo con las reglas de la física cuántica. El siguiente paso será explorar qué ocurre cuando estos experimentos se realizan con objetos cada vez más grandes y masivos.
Referencia del estudio
Dobkowski, Or; Trok, Barak; Skakunenko, Peter; Japha, Yonathan; Groswasser, David; Efremov, Maxim; Marletto, Chiara; Fuentes Guridi, Ivette; Penrose, Roger; Vedral, Vlatko; Schleich, Wolfgang P.; Folman, Ron. Observation of the quantum phase of free fall and the consistency with the equivalence principle. Science Advances, volumen 12, número 36, 2026. DOI: 10.1126/sciadv.aec8045. Publicado el 2 de septiembre de 2026.
