Un sensor cuántico podría medir cómo la Tierra retuerce el espacio-tiempo
Einstein predijo hace más de un siglo que la Tierra, al girar, arrastra consigo el espacio-tiempo. Ahora, un diminuto anillo de helio ultrafrío podría detectar ese efecto desde un laboratorio, con una precisión extraordinaria y en menos de un segundo.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Recreación artística del arrastre del espacio-tiempo provocado por la rotación terrestre, un fenómeno predicho por Einstein que un nuevo sensor cuántico podría medir desde un laboratorio. Crédito: IA-DALL-E / RexMolón Produccionesa
La Tierra no se limita a girar sobre sí misma y a desplazarse alrededor del Sol. Su rotación también modifica ligeramente el espacio-tiempo que la rodea. Es como si nuestro planeta, además de moverse por el universo, imprimiera una diminuta torsión en el escenario donde transcurre todo lo que sucede.
El fenómeno es tan pequeño que resulta imperceptible en la vida cotidiana, pero constituye una de las predicciones más fascinantes de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Formulada por el físico alemán en 1915, la relatividad general revolucionó nuestra manera de entender la gravedad.
Hasta entonces, siguiendo a Newton, se consideraba una fuerza de atracción entre los cuerpos. Einstein propuso algo mucho más sorprendente: la materia y la energía curvan el espacio-tiempo, el entramado de tres dimensiones espaciales y una temporal en el que transcurre todo cuanto sucede en el universo. Esa curvatura determina cómo se mueven los planetas, las estrellas y hasta la propia luz. Pero la teoría iba todavía más lejos: cuando un cuerpo masivo gira, como hace la Tierra, también modifica de una forma muy particular el espacio-tiempo que lo rodea.
Un sensor cuántico para estudia cómo la gravedad modifica el espacio y el tiempo
Hasta ahora, la medición de esta deformación ha exigido satélites artificiales, instrumentos extraordinariamente precisos y observaciones prolongadas. Sin embargo, un equipo internacional de investigadores propone una alternativa sorprendente: un sensor cuántico de helio superfluido capaz de detectar desde un laboratorio cómo la Tierra arrastra el espacio-tiempo.
La investigación, publicada en la revista Physical Review Letters, reúne a científicos de la Universidad de California en Berkeley, del Instituto Tecnológico de California (Caltech) y de la Academia Austríaca de Ciencias. Sus cálculos indican que, en condiciones ideales, el dispositivo podría medir el fenómeno con una precisión relativa del 0,2 % en aproximadamente un segundo.
El resultado todavía es una predicción teórica. No existe un instrumento que haya demostrado experimentalmente semejante rendimiento. Pero la propuesta abre una posibilidad singular: utilizar las propiedades cuánticas de un líquido extremadamente frío para investigar cómo la gravedad modifica el espacio y el tiempo.
La propuesta es ambiciosa: en condiciones ideales, el instrumento podría medir el fenómeno con una precisión relativa del 0,2 % en aproximadamente un segundo. El dato procede de cálculos teóricos, no de un dispositivo que ya haya alcanzado semejante rendimiento. Aun así, el trabajo plantea una forma singular de explorar la gravedad: utilizar el comportamiento colectivo de los átomos para detectar efectos relativistas extremadamente débiles.
Cómo deforma la Tierra el espacio-tiempo
Para comprender el alcance de la investigación conviene retomar la idea de que la masa y la energía modifican la geometría del espacio-tiempo, y esa curvatura determina cómo se mueven los objetos.
Una imagen habitual para explicar el fenómeno consiste en imaginar una bola pesada sobre una superficie elástica. La bola hunde la superficie y altera las trayectorias de los objetos que pasan cerca.
La analogía es imperfecta, pero ayuda a visualizar la curvatura gravitatoria. Si el cuerpo central también gira, aparece un efecto adicional: la rotación modifica ligeramente la geometría circundante.
El efecto Lense-Thirring: la torsión gravitatoria de la Tierra
Este fenómeno se conoce como arrastre de marcos de referencia (frame dragging) o efecto Lense-Thirring, en honor de los físicos austriacos Josef Lense y Hans Thirring, que lo estudiaron en 1918.
El arrastre del espacio-tiempo es un efecto predicho por la relatividad general según el cual un cuerpo masivo en rotación altera la geometría gravitatoria de su entorno y puede modificar la orientación de los giroscopios y las órbitas de otros cuerpos.
No significa que la Tierra arrastre una sustancia invisible, como una cucharilla mueve el café. El espacio-tiempo no es un fluido material. Lo que cambia es su geometría, con consecuencias físicas que pueden medirse mediante instrumentos suficientemente sensibles.
Aunque extraordinariamente débil alrededor de nuestro planeta, este efecto adquiere una importancia mucho mayor en entornos gravitatorios extremos, como las proximidades de los agujeros negros en rotación.
El satélite Gravity Probe B de la NASA, durante los preparativos para su lanzamiento. Sus giroscopios de alta precisión permitieron confirmar el arrastre del espacio-tiempo provocado por la rotación terrestre, una de las predicciones de Einstein. Cortesía: Lockheed Martin Corporation
De los satélites a los laboratorios: cómo se mide el arrastre del espacio-tiempo
Durante décadas, los físicos han intentado detectar esta predicción de Einstein.Uno de los experimentos más conocidos fue Gravity Probe B, una misión de la NASA que utilizó cuatro giroscopios de gran precisión para estudiar cómo cambiaba su orientación mientras orbitaban la Tierra. Los resultados, publicados en 2011, confirmaron el arrastre gravitatorio, aunque las pequeñas perturbaciones sobre los instrumentos limitaron la precisión alcanzada.
Posteriormente, los investigadores recurrieron a los satélites LAGEOS y LARES, cuyas órbitas permiten detectar las diminutas modificaciones causadas por la rotación terrestre.
En julio de 2026, un estudio publicado en Nature presentó una de las comprobaciones más precisas hasta la fecha. Mediante el satélite LARES-2 y datos de LAGEOS y GRACE, los científicos midieron el efecto con una incertidumbre relativa de aproximadamente el 0,1 %, equivalente a una parte entre mil.
Este resultado introduce una distinción importante: el sensor cuántico propuesto no promete necesariamente superar la precisión ya obtenida mediante satélites. Su principal atractivo sería realizar una medición independiente desde la superficie terrestre, en intervalos mucho más breves y con una tecnología completamente diferente.
Cómo funciona el nuevo sensor cuántico de helio superfluido
El corazón del instrumento propuesto es el helio-4, un isótopo del helio que presenta propiedades extraordinarias cuando se enfría a temperaturas muy bajas.
Cuando el helio-4 se enfría por debajo de aproximadamente 2,17 grados kelvin (unos -280 ºC) puede convertirse en un superfluido, un estado de la materia caracterizado por la ausencia de viscosidad en determinadas condiciones y por un comportamiento cuántico colectivo.
En ese estado, una gran cantidad de átomos comparte una descripción cuántica coherente. Esta propiedad permite detectar alteraciones extremadamente pequeñas en la fase que caracteriza al sistema.
Los investigadores quieren aprovechar esa propiedad para construir un instrumento denominado girómetro superfluido.
El diseño contempla un circuito cerrado de helio líquido de unos diez centímetros de radio. En uno de sus puntos se situaría una barrera atravesada por poros de aproximadamente un nanómetro de diámetro, una milmillonésima de metro.
Esa estructura permitiría aprovechar el efecto Josephson, un fenómeno cuántico que relaciona la diferencia de fase entre dos regiones coherentes con el flujo de partículas que las conecta.
Cuando el circuito gira, cambia la fase cuántica del superfluido. Las pequeñas contribuciones relativistas asociadas al campo gravitatorio terrestre también producirían modificaciones.
Kai-Isaak Ellers, investigador de la Universidad de California en Berkeley y autor principal del estudio que propone utilizar helio superfluido para detectar cómo la rotación terrestre retuerce el espacio-tiempo. Cortesía: Amherst College
De una deformación del espacio-tiempo a una señal medible
El sensor incorporaría una membrana flexible que permitiría generar oscilaciones dentro del circuito.
Los cambios de fase modificarían la frecuencia de resonancia del sistema. Los investigadores podrían detectar esa variación y relacionarla con los efectos gravitatorios que desean estudiar.
La idea es transformar una alteración minúscula de la geometría del espacio-tiempo en una señal física observable.
Los autores del estudio, Kai-Isaak Ellers, Marios Christodoulou, Keith Schwab y Birgitta Whaley, destacan en su investigación que esta técnica conecta de manera directa la relatividad general con un fenómeno cuántico macroscópico.
A diferencia de los giroscopios convencionales, el dispositivo no dependería principalmente de observar la orientación de un objeto en rotación, sino de medir cambios en el estado cuántico colectivo del helio.
Un sensor enfriado casi hasta el cero absoluto
La sensibilidad extrema exige condiciones igualmente extremas.
Los científicos proponen trabajar a una temperatura de aproximadamente 10 milikelvin, es decir, 0,01 kelvin por encima del cero absoluto, equivalente a unos −273,14 °C.
El objetivo es reducir las fluctuaciones térmicas que podrían ocultar la señal gravitatoria.
Los autores identifican tres fuentes fundamentales de pérdidas de energía: las excitaciones internas del helio, las pérdidas asociadas a la unión nanométrica y las vibraciones de la membrana que participa en la medición.
Las dos primeras pueden reducirse de forma considerable al disminuir la temperatura. La tercera depende especialmente de la calidad de los materiales y de la estabilidad mecánica del dispositivo.
Según los cálculos, una configuración con una membrana de pérdidas moderadamente bajas necesitaría unos 35 minutos para medir el arrastre gravitatorio con una precisión relativa del 0,2 %.
En cambio, utilizando materiales de calidad mecánica excepcional, los investigadores estiman que ese tiempo podría reducirse hasta unos 0,7 segundos.
La diferencia ilustra tanto el potencial de la tecnología como la dificultad de convertir el diseño en un instrumento real.
En el artículo, los científicos advierten de que la sensibilidad más elevada solo sería posible si se eliminan otras perturbaciones, incluidas las vibraciones externas y los posibles movimientos de vórtices cuánticos atrapados en el superfluido.
Además, todavía debe desarrollarse una unión Josephson adecuada para helio-4 que funcione a temperaturas tan bajas. Los avances en materiales bidimensionales nanoporosos ofrecen posibilidades prometedoras, pero este componente continúa siendo un desafío experimental.
Diferencias de tiempo de 10⁻³⁵ segundos: qué significa esta cifra
Uno de los resultados más sorprendentes del estudio está relacionado con el tiempo.
La relatividad general establece que el transcurso del tiempo depende del movimiento y del campo gravitatorio. Dos relojes situados a diferentes alturas sobre la Tierra, por ejemplo, no avanzan exactamente al mismo ritmo.
En el sensor propuesto, las diferencias de fase cuántica pueden interpretarse mediante diminutas diferencias de tiempo propio asociadas a trayectorias recorridas en sentidos opuestos alrededor del circuito.
Los investigadores calculan que, en las condiciones más favorables, la sensibilidad del instrumento equivaldría a detectar diferencias temporales del orden de 10⁻³⁵ segundos.
La cifra es difícil de imaginar. Un segundo contiene un número descomunal de intervalos de esa duración.
Sin embargo, no significa que el sensor funcione como un cronómetro capaz de contar directamente intervalos tan breves. Lo que mediría sería una fase cuántica cuya magnitud puede traducirse matemáticamente a una diferencia de tiempo propio.
Esta conexión resulta especialmente interesante para estudiar la relación entre la gravedad y la mecánica cuántica, dos teorías extraordinariamente exitosas que todavía no han podido integrarse en una descripción física universalmente aceptada.
Los autores señalan que la sensibilidad temporal calculada es comparable a la considerada en algunas propuestas para investigar si la gravedad puede generar entrelazamiento cuántico.
No demostraría por sí sola que la gravedad tenga naturaleza cuántica, pero ofrecería otra herramienta para estudiar cómo interactúan los fenómenos relativistas y los sistemas cuánticos coherentes.
El giroscopio láser GINGERino, instalado en un laboratorio subterráneo en Italia, consta de un circuito cuadrado de 3,6 metros de lado y permite medir rotaciones extremadamente pequeñas. Esta tecnología podría contribuir a detectar el arrastre del espacio-tiempo predicho por Einstein. Cortesía: Belfi et al.
Otros experimentos recientes que buscan medir la gravedad con precisión extrema
El girómetro de helio forma parte de una tendencia más amplia en esta apasionante campo de investigación: utilizar sensores cuánticos y nuevos instrumentos ópticos para investigar fenómenos gravitatorios extremadamente débiles.
En 2024, una investigación publicada en Physical Review Letters presentó avances del experimento italiano GINGERINO, un giroscopio láser subterráneo capaz de registrar variaciones de rotación diminutas. Su objetivo es contribuir al desarrollo de instrumentos terrestres para comprobar predicciones relativistas.
El funcionamiento es diferente al del dispositivo de helio. GINGERINO utiliza haces de luz que circulan en sentidos opuestos por un circuito cerrado, mientras que el nuevo sensor pretende detectar cambios en la fase cuántica de un superfluido.
En junio de esta año, otro estudio publicado en la revista Nature mostró los progresos de un interferómetro atómico asociado al proyecto AION, desarrollado para futuras investigaciones sobre ondas gravitacionales y materia oscura ultraligera.
Ese experimento emplea átomos de estroncio y técnicas que permiten comparar la evolución de fases cuánticas reduciendo interferencias producidas por los láseres.
Aunque sus objetivos y características son distintos, ambos proyectos comparten una idea: aprovechar la extraordinaria sensibilidad de los sistemas cuánticos para detectar fenómenos que escapan a los instrumentos convencionales.
Qué falta para medir la deformación del espacio-tiempo en un laboratorio
La propuesta del girómetro superfluido todavía debe superar obstáculos importantes.
Además de fabricar la unión nanométrica y controlar las pérdidas mecánicas, los investigadores tendrán que separar la señal relativista del efecto mucho mayor producido por la rotación ordinaria de la Tierra.
Para conseguirlo, el circuito deberá orientarse con una precisión extrema, inferior a una milmillonésima de radián en las condiciones consideradas.
Esa exigencia revela la dificultad del experimento: cuanto más débil es la señal buscada, más importante resulta comprender y controlar todas las perturbaciones que pueden imitarla.
El equipo considera que un girómetro compacto, orientable y basado en helio superfluido podría convertirse en una herramienta complementaria de los satélites y los grandes giroscopios láser. Su interés no consiste solo en mejorar una medición. También permitiría comprobar si distintos procedimientos experimentales proporcionan resultados coherentes sobre una misma predicción de Einstein.
Por ahora, nadie ha demostrado que este sensor alcance las prestaciones calculadas. La investigación establece una posibilidad física y propone una estrategia para comprobarla.
Pero si algún día el instrumento llega a funcionar como esperan sus autores, ofrecerá una imagen extraordinaria de la física contemporánea: un pequeño anillo de helio casi congelado, dentro de un laboratorio, registrando la imperceptible torsión que nuestro planeta imprime en el espacio-tiempo.
«Tenemos especial curiosidad por saber si podría haber algún efecto derivado de la gravedad cuántica u otras interacciones gravitatorias más allá de la teoría de Einstein que dejaran huellas en un experimento con girómetro superfluido, como el que hemos propuesto», concluye Ellers.
Más de un siglo después de Einstein, una de las pruebas más delicadas de su teoría podría realizarse observando cómo responde un líquido cuántico al movimiento de la Tierra.▪️(16-octubre-2026)
🌍 La Tierra y el espacio-tiempo: cuatro preguntas para entenderlo
¿De verdad nuestro planeta retuerce el espacio-tiempo? ¿Cómo puede detectarse algo tan diminuto? Estas son las claves para comprender el fenómeno que predijo Einstein y el sensor cuántico que podría medirlo.
¿La Tierra realmente deforma el espacio-tiempo?
Sí. Según la relatividad general de Einstein, la masa terrestre curva el espacio-tiempo y su rotación produce una perturbación adicional conocida como efecto Lense-Thirring o arrastre de marcos de referencia. Ambas predicciones cuentan con comprobaciones experimentales.
¿Qué es un sensor cuántico gravitatorio?
Es un instrumento que aprovecha fenómenos de la mecánica cuántica, como la interferencia o los cambios de fase, para medir aceleraciones, campos gravitatorios u otros efectos de la gravedad con una sensibilidad extraordinaria.
¿Ya existe el sensor de helio que mide el arrastre del espacio-tiempo?
Todavía no se ha demostrado experimentalmente su funcionamiento. La investigación presenta un diseño teórico basado en helio superfluido y calcula su sensibilidad potencial. Antes de utilizarlo será necesario fabricar sus componentes y comprobar que alcanza la precisión prevista.
¿Podría este experimento demostrar que Einstein estaba equivocado?
Una medición que contradijera de forma sólida las predicciones de la relatividad general podría indicar que la teoría necesita ampliarse. Sin embargo, el objetivo inmediato del proyecto es conseguir una medición independiente del arrastre gravitatorio y comprobar si coincide con las predicciones de Einstein.
Fuente científica: Kai-Isaak Ellers et al. Quantum Sensing of Gravitational Frame-Dragging with a Superfluid 4He Gyrometer. Physical Review Letters (2026). DOI: https://doi.org/10.1103/q3v9-rjm9
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