¿Criterios para poder trabajar con la gravedad en mecánica cuántica, sin una teoría completa de la gravedad cuántica?

Question

Es frecuente ver a la gente simplificar demasiado diciendo que la física carece actualmente de las herramientas necesarias para describir cualquier situación en la que intervengan tanto la mecánica cuántica como la gravedad. Es evidente que no es así. Por ejemplo, el experimento Pound-Rebka implica inevitablemente fenómenos de mecánica cuántica, como el efecto Mossbauer, pero en realidad no es más que una prueba del principio de equivalencia. De forma menos trivial, Colella et al. hicieron un experimento demostrando la interferencia entre dos haces de neutrones que habían viajado a través de diferentes potenciales gravitatorios. Me parece que probablemente hay un montón de diferentes niveles de dificultad que podríamos considerar:

1. Experimentos, como los anteriores, en los que interviene la mecánica cuántica, que pueden describirse en el espaciotiempo plano utilizando el principio de equivalencia. La curvatura del espaciotiempo es despreciable.

2. Experimentos en los que la curvatura no es despreciable, pero el análisis sigue siendo trivial. Por ejemplo, podría imaginar, al menos en principio, hacer lentes gravitacionales con neutrones y observar efectos de interferencia cuántica entre diferentes partes del haz. (En realidad, supongo que este ejemplo no funcionaría debido a la decoherencia).

3. Gravedad semiclásica, por ejemplo, radiación de Hawking.

4. Física a escala de Planck.

¿Alguien puede comentar si esta clasificación en 4 niveles le parece correcta, o dar una serie de criterios más rigurosos para distinguir los niveles?

Answer 1

Como bien dices, Colella et al ya demostraron (o confirmaron, según se mire) que la gravedad afecta a un sistema cuántico. Últimamente, se está tratando de conseguir un aparato experimental que demuestre lo contrario: un efecto gravitatorio de un sistema cuántico en un régimen de baja energía. Parte del impulso procede de los trabajos de Bose et al; y Marletto y Vedral (concebidos como experimentos "de sobremesa").

Markus Aspelmeyer en https://www.youtube.com/watch?v=hjSUF42F6qQ analiza algunos de los enfoques experimentales más recientes.

Re 2: Creo https://arxiv.org/abs/1610.03832 va hacia ella, mostrando el desplazamiento de fase inducido por la curvatura de una onda atómica.

Re 1 y 3: https://arxiv.org/abs/1807.11494 tiene una visión general de algunas de las propuestas más recientes (en particular, cómo los resultados de los experimentos podrían desambiguar entre los diversos contendientes de la gravedad cuántica, en particular, la falsificación de la gravedad semiclásica si se observa entrelazamiento).

Re 4: Esto es probablemente un tramo para el futuro previsible. Jake Taylor analiza algunas de las dificultades https://www.youtube.com/watch?v=DDP5vL9OlaU .