La física cuántica lleva décadas describiendo un mundo que no se parece en nada a la experiencia cotidiana. En ese nivel microscópico, las partículas no tienen posiciones definidas como los objetos macroscópicos, sino que pueden comportarse como si ocuparan varios lugares al mismo tiempo. Esta idea, que durante mucho tiempo ha parecido casi filosófica, ha ido acumulando pruebas experimentales, aunque casi siempre en sistemas muy concretos y difíciles de interpretar fuera del laboratorio.
El nuevo trabajo publicado en Nature Communications da un paso más en esa dirección al trasladar este tipo de fenómenos a un terreno más tangible: átomos con masa, no solo partículas de luz. El estudio, basado en átomos de helio ultrafríos, explora un tipo de comportamiento cuántico que hasta ahora había sido extremadamente difícil de demostrar con claridad. Y lo hace con un enfoque experimental que permite medir correlaciones entre partículas con una precisión sin precedentes.
El reto de demostrar lo que la teoría ya anticipaba
Uno de los pilares de la física cuántica es el llamado entrelazamiento, una propiedad que conecta partículas de forma que el estado de una depende del de la otra, incluso a grandes distancias. Este fenómeno está en el centro de las llamadas desigualdades de Bell, un conjunto de pruebas diseñadas para distinguir entre una visión clásica del mundo y la realidad cuántica.
Hasta ahora, estas pruebas se habían realizado sobre todo con fotones o con propiedades internas de los átomos, como el espín. Sin embargo, el propio artículo señala que “ningún experimento ha involucrado aún estados de movimiento de partículas masivas”, lo que dejaba abierta una cuestión importante sobre cómo se manifiesta este comportamiento en sistemas más cercanos a la materia cotidiana .
El problema no es teórico, sino experimental. Medir este tipo de correlaciones en partículas con masa implica controlar con enorme precisión su movimiento, sus interacciones y su detección. Tal como describe el trabajo, se trata de uno de los mayores desafíos actuales en física experimental, ya que cualquier perturbación externa puede alterar los resultados.
Cómo se crean pares de átomos entrelazados
El experimento comienza con un gas de átomos de helio enfriado hasta formar un condensado de Bose-Einstein, un estado de la materia en el que todas las partículas se comportan de manera colectiva. A partir de ahí, los investigadores utilizan pulsos de láser para dividir y manipular este sistema con gran precisión.
Según se describe en el artículo, los átomos se hacen colisionar de forma controlada, generando pares con momentos opuestos. Este proceso produce lo que se conoce como entrelazamiento en el momento, es decir, una correlación directa entre la dirección y velocidad de dos partículas. El propio trabajo explica que estos pares se crean “mediante colisiones s-wave”, dando lugar a estructuras en forma de halo en el espacio de momentos.
En la práctica, esto significa que si se detecta un átomo moviéndose en una dirección concreta, su pareja debe estar moviéndose en la dirección opuesta. Esta relación no es una simple coincidencia estadística, sino una propiedad fundamental del sistema cuántico generado en el experimento.
Para poder estudiar estas correlaciones, los investigadores emplean un interferómetro especialmente diseñado, capaz de recombinar las trayectorias de los átomos y hacer visibles los efectos de interferencia. Es en este punto donde el experimento empieza a revelar información clave sobre la naturaleza del sistema.
La observación clave: correlaciones que desafían la física clásica
El resultado central del estudio aparece cuando se analizan las correlaciones entre los átomos tras pasar por el interferómetro. Los investigadores miden cómo varía la probabilidad de detectar pares de partículas en distintas configuraciones y observan un patrón característico que depende de la fase del sistema.
El artículo describe que estas correlaciones muestran una dependencia clara con esa fase, siguiendo un comportamiento sinusoidal. Se observan “fuertes correlaciones que proporcionan evidencia directa de la naturaleza cuántica no local del sistema y que no pueden ser explicadas por una amplia clase de teorías de variables ocultas locales” .
Este punto es clave porque implica que el comportamiento observado no puede interpretarse como resultado de variables ocultas clásicas, es decir, no encaja con una visión del mundo en la que las partículas tengan propiedades definidas antes de ser medidas. En lugar de eso, confirma que el sistema se comporta de acuerdo con las predicciones cuánticas.
Además, el experimento alcanza valores que superan los umbrales necesarios para hablar de violaciones de ciertos criterios de localidad, lo que refuerza la idea de que estas correlaciones tienen un origen genuinamente cuántico. No se trata solo de detectar un efecto, sino de demostrar que encaja dentro del marco más exigente de la teoría.
Por qué importa que sean átomos y no solo luz
Una de las grandes aportaciones de este trabajo es que traslada estos fenómenos a partículas con masa. A diferencia de los fotones, los átomos están sujetos a la gravedad y a otras interacciones que forman parte de la física cotidiana.
El propio artículo destaca que este tipo de sistemas abre la puerta a nuevos experimentos, ya que “los estados entrelazados en momento de partículas masivas permiten experimentos fundamentales que implican acoplamientos con campos gravitatorios”. Esto conecta directamente con una de las grandes preguntas abiertas de la física: cómo encajan la mecánica cuántica y la relatividad general.
En otras palabras, no se trata solo de confirmar una predicción teórica, sino de crear una plataforma experimental que permita explorar territorios que hasta ahora eran inaccesibles. La posibilidad de estudiar cómo se comportan estos sistemas bajo la influencia de la gravedad podría ofrecer pistas sobre una futura teoría unificada.
Además, trabajar con átomos permite un control más directo sobre las condiciones del experimento y abre la puerta a aplicaciones tecnológicas. Sistemas como este podrían tener implicaciones en campos como la metrología cuántica o la detección ultraprecisa.
Un paso hacia preguntas aún más profundas
Más allá del resultado inmediato, el estudio señala varias direcciones futuras. Una de ellas es la posibilidad de realizar pruebas aún más estrictas de las desigualdades de Bell utilizando configuraciones experimentales más avanzadas, con mayor separación entre partículas y control independiente de fases.
El propio artículo apunta que el sistema desarrollado podría evolucionar hacia experimentos en los que se prueben principios fundamentales como el de equivalencia, utilizando átomos de distinta masa. Esto permitiría explorar cómo se comporta la gravedad en sistemas cuánticos de forma directa.
También se menciona la posibilidad de investigar teorías sobre la decoherencia inducida por la gravedad, un campo que busca explicar cómo y por qué los sistemas cuánticos dejan de comportarse como tales a gran escala. Este tipo de experimentos podría aportar datos clave para entender ese proceso.
En conjunto, estos avances muestran que la física cuántica no es solo una teoría abstracta, sino una herramienta cada vez más precisa para explorar la naturaleza de la realidad. Y aunque muchas preguntas siguen abiertas, experimentos como este ayudan a acercarlas al terreno de lo medible.
Referencias
- Athreya, Y.S., Kannan, S., Yan, X.T. et al. Bell correlations between momentum-entangled pairs of 4He* atoms. Nat Commun 17, 2357 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69070-3.
