Stephan Schlamminger y su colega Vincent Lee examinan la balanza de torsión que utilizaron para medir la constante gravitacional
R. Eskalis/NIST
Durante siglos, los físicos han intentado medir la fuerza de la gravedad, un número llamado “gran G”. Las mediciones nunca se han alineado entre sí, lo que da a entender que no entendemos completamente nuestros experimentos o tal vez no entendemos completamente la gravedad. La última prueba no confirma ninguno de estos escenarios, pero la extraordinaria precisión y el cuidado adoptados en el último experimento de la gran G pueden finalmente acercar a los investigadores a un consenso.
La gravedad es mucho más débil que las otras fuerzas fundamentales, lo que hace extraordinariamente difícil medirla con precisión. “Cuando éramos niños, todos estábamos hipnotizados cuando jugábamos con imanes por la forma en que se atraen entre sí. Lo mismo ocurre con la gravedad: si tienes dos tazas de café y las pones en cada mano, todavía hay una fuerza entre ellas, pero es tan pequeña que no puedes sentirla, por lo que no estás tan hipnotizado”, dice Stephan Schlamminger del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. en Maryland. Esa debilidad también es parte de lo que hace que sea tan difícil medir la verdadera fuerza de la gravedad.
La otra parte es que, a diferencia de otras fuerzas, es imposible proteger un experimento de la gravedad. En 1798, el físico Henry Cavendish solucionó este problema utilizando un dispositivo llamado balanza de torsión, que le permitió medir la gravedad por primera vez, aunque con baja precisión.
Para imaginar una balanza de torsión, imagine un palillo horizontal colgando de un hilo en su centro. En cada extremo del palillo hay una pequeña canica. Si mueves otro objeto cerca de una de las canicas, la gravedad de ese objeto atraerá la canica, lo que hará que el palillo gire ligeramente. Al medir la cantidad de giro del palillo, se puede calcular la fuerza de gravedad entre la canica y el objeto exterior sin preocuparse por la gravedad de la Tierra, que es contrarrestada por el hilo.
El experimento que realizaron Schlamminger y sus colegas fue una versión mucho más sofisticada de este, con ocho pesas colocadas en dos platos giratorios calibrados con precisión, todos suspendidos por cintas tan gruesas como un cabello humano. Se trataba de una reproducción minuciosa de un experimento realizado por primera vez en Francia en 2007. Los investigadores tardaron una década en medir y reducir todas las fuentes posibles de incertidumbre. “Esto es lo mejor de la física experimental”, dice Jens Gundlach de la Universidad de Washington, que no participó en este trabajo.
“El nivel de cuidado que han tenido y todos los diferentes efectos que han explorado, este es un tipo de experimento que cambia las reglas del juego”, dice Kasey Waggoner de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, que tampoco participó en este trabajo. El valor final de la gran G fue 6,67387×10-11 metros3 por kilogramo por segundo2. Eso es una fracción de un por ciento menos que la medición de 2007, pero es suficiente para alinear la medición con otras pruebas que se han realizado a lo largo de los años.
“La Gran G no es sólo una medida de la gravedad, es una medida de qué tan bien se puede medir la gravedad y trasciende épocas de la física. Podemos comparar nuestro experimento con el experimento de Cavendish de hace 230 años, y dentro de 230 años podrán comparar el suyo con el nuestro”, dice Schlamminger. “Al final, creo que se tratará de qué era de la humanidad puede medir esto mejor, con mayor acuerdo entre las mediciones”.
Al identificar varias fuentes de incertidumbre que antes no se conocían, Schlamminger y su equipo han aumentado ese acuerdo, dice Gundlach. “El panorama parece mejor ahora, más digno de confianza”, afirma.
También han allanado el camino para futuros experimentos para medir la gran G con mayor precisión, lo que será cada vez más importante a medida que las mediciones cosmológicas (muchas de las cuales se basan en el conocimiento de la fuerza de la gravedad) también crezcan en precisión. “Si sucede algo extraño aquí, tendrá efectos desde la escala del laboratorio hasta la escala del universo”, dice Waggoner. “Lo que es una diferencia muy pequeña y diminuta en el laboratorio, cuando se pone eso en escalas cósmicas, esa diferencia se hace realidad y podría tener implicaciones realmente grandes”.
Si bien la mayoría de los investigadores coinciden en que la explicación más probable para la discrepancia restante es que no entendemos completamente las fuentes del sesgo y la incertidumbre en todos los experimentos, existe la posibilidad de que en realidad se deba a que la gravedad se comporta de manera diferente a como pensábamos. Si ese es el caso, sugeriría una potencial nueva física exótica. “Hay una grieta en nuestra comprensión de la ciencia, y tenemos que entrar en esas grietas; puede que no haya nada allí, pero sería una tontería no hacerlo”, dice Schlamminger.
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