Físicos observan por primera vez átomos en dos lugares a la vez
Un equipo de físicos ha logrado observar un fenómeno que desafía nuestra intuición: átomos que existen simultáneamente en distintos lugares. El hallazgo confirma una de las predicciones más extrañas de la mecánica cuántica y abre nuevas vías para entender cómo funciona el universo.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Ilustración de dos átomos duplicados y conectados por un hilo cuántico, una metáfora visual del fenómeno de superposición y entrelazamiento que permite que una partícula exista en varios lugares a la vez y permanezca vinculada a otra a distancia. Crédito: IA-DALL-E-RexMolón Producciones
Un avance clave en física cuántica con implicaciones para la gravedad y la teoría del todo
En el corazón de la física moderna late una idea profundamente desconcertante: la realidad no siempre se comporta como esperamos. Durante décadas, los experimentos cuánticos han mostrado que las partículas pueden estar en varios estados al mismo tiempo o influirse mutuamente a distancia.
Ahora, un nuevo estudio ha dado un paso más allá al observar por primera vez este comportamiento en pares de átomos masivos, acercando la extrañeza cuántica a un terreno cada vez más tangible.
El trabajo, publicado en la revista Nature Communications, describe un experimento en el que científicos han logrado detectar correlaciones cuánticas —las llamadas correlaciones de Bell— entre átomos que no solo están separados en el espacio, sino que parecen existir de forma simultánea en distintas posiciones. Es un resultado que, aunque se apoya en teorías bien establecidas, lleva décadas resistiéndose a ser demostrado con partículas materiales.
🗣️ Como resume Sean Hodgman, físico de la Universidad Nacional de Australia, en Canberra (Australia), y uno de los responsables del estudio: «Es realmente extraño para nosotros pensar que así es como funciona el universo. Puedes leerlo en un libro de texto, pero resulta muy raro pensar que una partícula puede estar en dos lugares a la vez».
El viejo enigma de «la no localidad»
Para entender la importancia del hallazgo, conviene retroceder en el tiempo casi un siglo. En los años treinta, Albert Einstein y sus colaboradores plantearon una paradoja que cuestionaba la interpretación de la mecánica cuántica. Según esta teoría, dos partículas que interactúan pueden quedar entrelazadas, de modo que medir una afecta instantáneamente a la otra, sin importar la distancia que exista entre ellas.
Einstein lo llamó acción fantasmal a distancia, y sospechaba que la teoría debía estar incompleta. Sin embargo, en los años sesenta, el físico irlandés John Bell formuló un conjunto de desigualdades matemáticas que permitían comprobar de forma experimental si la naturaleza obedecía a ese realismo clásico o a la extraña lógica cuántica.
Desde entonces, numerosos experimentos han demostrado violaciones de las desigualdades de Bell, es decir, pruebas de que la naturaleza es, efectivamente, no local. Pero casi todos esos ensayos se habían realizado con partículas de luz (fotones) o con propiedades internas de átomos, como el espín, una especie de etiqueta cuántica que define cómo se comportan las partículas, aunque no tenga equivalente directo en el mundo clásico. Faltaba demostrarlo en algo más cercano a nuestra intuición: el movimiento de partículas con masa.
Esquema del experimento: primero, unos láseres empujan y preparan átomos de helio ultrafríos. Después, esos átomos se dividen y chocan entre sí, generando pares que salen disparados en direcciones opuestas pero permanecen conectados cuánticamente. Finalmente, mediante un interferómetro, los científicos hacen interferir estos átomos y miden sus correlaciones, revelando que se comportan como un único sistema cuántico, incluso estando separados en el espacio. Cortesía: Athreya, Y. S., Kannan, S., Yan, X. T. et al.
Cómo funciona el experimento con átomos de helio
El nuevo estudio aborda precisamente ese desafío. Los investigadores utilizaron átomos de helio en un estado excitado y extremadamente frío que se conoce como un condensado de Bose-Einstein, una forma de materia que se produce a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273,15 ºC) y en la que los átomos pierden su identidad individual y pasan a comportarse como un único sistema cuántico coherente (una única onda cuántica). En este estado, los átomos se comportan colectivamente como una única onda cuántica.
A partir de ahí, el experimento consiste, en esencia, en provocar colisiones controladas entre estos condensados. Como resultado, los átomos se dispersan formando lo que los científicos describen como halos en el espacio de momentos, una especie de nube esférica en la que cada átomo tiene un compañero correlacionado en el lado opuesto.
La clave está en que esos pares de átomos no tienen posiciones o velocidades definidas de forma independiente. Sus propiedades están entrelazadas: si uno se detecta con cierto impulso, el otro aparece de manera automática con el impulso opuesto. Es una manifestación directa de las leyes cuánticas de conservación, pero llevada a un nivel mucho más profundo.
Según el artículo, estos pares se generan mediante colisiones de tipo s-wave, un proceso análogo al que en óptica cuántica produce pares de fotones entrelazados . Sin embargo, aquí se trata de átomos reales con masa, lo que hace el fenómeno aún más sorprendente.
🗣️ Como explica el autor principal, Yogesh Sridhar, «desde el punto de vista experimental, es extremadamente difícil demostrar esto. Varias personas lo han intentado en el pasado para mostrar estos efectos, y siempre se han quedado cortas».
El papel del interferómetro: medir lo invisible
Para demostrar que estos átomos no solo están correlacionados, sino que exhiben auténtica no localidad cuántica, los investigadores recurrieron a una herramienta clásica de la física: el interferómetro. En este caso, utilizaron una versión adaptada al mundo de las ondas de materia.
El dispositivo divide y recombina las trayectorias posibles de los átomos, permitiendo de este modo que interfieran entre sí. Esa interferencia depende de fases cuánticas que pueden controlarse experimentalmente. Si los átomos estuvieran comportándose de forma clásica, las correlaciones observadas seguirían ciertos límites. Pero si están entrelazados, esos límites pueden superarse.
Y eso es exactamente lo que ocurrió.
Los físicos midieron cómo variaban las probabilidades de detección conjunta de los átomos al cambiar esas fases. El resultado fue una oscilación clara y bien definida, coherente con las predicciones de la mecánica cuántica. A partir de esos datos, construyeron una función de correlación que permite evaluar si se violan las desigualdades de Bell.
El experimento mostró una violación significativa de una versión de estas desigualdades, lo que indica que las correlaciones observadas no pueden explicarse mediante teorías clásicas basadas en variables ocultas locales .
En otras palabras: los átomos no se comportan como objetos independientes con propiedades bien definidas, sino como partes de un sistema cuántico compartido.
¡En dos lugares a la vez!
La consecuencia conceptual de este resultado es tan fascinante como desconcertante. En cierto sentido, cada átomo del par no tiene una posición definida hasta que se mide. Antes de la detección, su estado incluye simultáneamente múltiples posibilidades: puede encontrarse en distintos lugares al mismo tiempo.
Pero lo más sorprendente de todo es que estas posibilidades están coordinadas entre ambos átomos. El sistema completo se describe mediante un estado cuántico conjunto, una especie de superposición cuántica compartida en la que los dos átomos existen en combinaciones de posiciones y momentos.
El artículo describe este estado como una versión del llamado estado de Bell, una superposición en la que dos partículas están correlacionadas de manera máxima. En términos simples, es como si el universo no decidiera dónde está cada átomo hasta el momento de la medición, pero lo hiciera de forma coherente para ambos.
🗣️ «Este resultado confirma las predicciones de hace más de un siglo de que la materia puede estar en dos lugares a la vez, y que incluso en esas posiciones puede interferir consigo misma», subraya de nuevo Hodgman.
Yogesh Sridhar y el físico Sean Hodgman (derecha), en el laboratorio de la Universidad Nacional de Australia, ajustando el sistema experimental con láseres y detectores utilizado para estudiar el entrelazamiento cuántico en átomos. Foto: Nic Vevers/ANU
Más allá de la luz
Uno de los aspectos más relevantes del experimento es que se realiza con partículas masivas. Hasta ahora, las demostraciones más claras de no localidad cuántica se habían dado en sistemas de luz, donde los fotones pueden recorrer grandes distancias y son relativamente fáciles de manipular.
Trabajar con átomos introduce nuevas dificultades: son más lentos, interactúan entre sí y con el entorno, y son más susceptibles a la decoherencia cuántica, es decir, a perder su naturaleza cuántica. Por eso, lograr observar correlaciones de Bell en átomos en su movimiento representa un avance técnico notable.
Pero también abre nuevas posibilidades. Como señalan los autores del trabajo, este tipo de sistemas podría utilizarse para explorar la interacción entre la mecánica cuántica y la gravedad, dos teorías que aún no han sido reconciliadas.
Si se consigue mantener el entrelazamiento en condiciones donde los efectos gravitatorios sean relevantes, podría ser posible poner a prueba ideas fundamentales sobre la naturaleza del espacio-tiempo.
Un camino hacia nuevas tecnologías
Más allá de las implicaciones filosóficas, el control del entrelazamiento cuántico en partículas masivas tiene aplicaciones potenciales en tecnologías cuánticas emergentes.
Sin ir más lejos, podría emplearse en sensores cuánticos capaces de medir campos gravitatorios con una precisión sin precedentes, o en sistemas de imagen que superen los límites clásicos de resolución.
El experimento también sugiere que es posible manipular estados cuánticos complejos en sistemas cada vez más grandes, un paso nada desdeñable hacia el desarrollo de tecnologías cuánticas avanzadas.
Visualización del primer condensado de Bose-Einstein: al enfriar átomos de rubidio a temperaturas cercanas al cero absoluto, pasan de estar dispersos (zonas rojas y amarillas) a concentrarse en un único estado cuántico denso (azul y blanco), comportándose como una sola superpartícula. Este tipo de estado extremo de la materia es clave en experimentos como el descrito en el reportaje, donde los átomos actúan colectivamente como una única onda cuántica. Crédito: NIST/JILA/CU-Boulder
Lo que queda por hacer
A pesar del éxito, los propios investigadores reconocen que aún quedan metas importantes por alcanzar. Para realizar una prueba completa de las desigualdades de Bell en este tipo de sistemas, sería necesario controlar de forma independiente las condiciones de medición en regiones espacialmente separadas y asegurar que no haya ninguna comunicación entre ellas durante el experimento.
Esto implica, entre otras cosas, aumentar la distancia entre los átomos entrelazados hasta decenas de centímetros o más, algo que todavía está en desarrollo .
Sin embargo, el camino parece claro. La demostración de correlaciones de Bell en el movimiento de átomos masivos marca un punto de inflexión. Por primera vez, la no localidad cuántica se observa no solo en propiedades abstractas, sino en algo tan tangible como el desplazamiento de la materia.
Una realidad menos intuitiva
La física cuántica lleva más de un siglo desafiando nuestra intuición, pero experimentos como este la acercan cada vez más a nuestra experiencia cotidiana.
Si los átomos —los ladrillos básicos de la materia— pueden existir en varios lugares a la vez y coordinar su comportamiento a distancia, la imagen clásica del mundo como un conjunto de objetos independientes empieza a resquebrajarse.
Lo que emerge es una realidad más sutil, en la que las conexiones invisibles entre partículas son tan fundamentales como su propia existencia. Y en ese paisaje extraño, donde la lógica cotidiana deja de ser válida, la ciencia sigue avanzando, paso a paso, hacia una comprensión más profunda del universo.▪️(31-marzo-2026)
PREGUNTAS&RESPUESTAS: Átomos y Superposición Cuántica
⚛️ ¿Es real que un átomo puede estar en dos lugares a la vez?
Sí. Es un fenómeno conocido como superposición cuántica, demostrado experimentalmente.
⚛️ ¿Qué es el entrelazamiento cuántico?
Es una conexión entre partículas que hace que compartan un mismo estado, incluso a distancia.
⚛️ ¿Por qué este experimento es diferente?
Porque demuestra estos efectos en átomos con masa, no solo en luz.
⚛️ ¿Tiene aplicaciones prácticas?
Sí. En sensores, computación cuántica y medición de gravedad.
⚛️ ¿Esto prueba la teoría del todo?
No todavía, pero es un paso importante hacia comprender la relación entre cuántica y gravedad.
Información facilitada por la Universidad Nacional Australiana
Fuente: Athreya, Y. S., Kannan, S., Yan, X. T. et al.Bell correlations between momentum-entangled pairs of 4He* atoms. Nature Communications (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-69070-3
