Publicado 11/03/2021 10:33CET

Miden la minúscula fuerza gravitacional de una esfera de 2 milímetros

La bola de oro utilizada en comparación de tamaño con una moneda de 1 centavo. Según la teoría de la relatividad general de Einstein, toda masa dobla el espacio-tiempo
La bola de oro utilizada en comparación de tamaño con una moneda de 1 centavo. Según la teoría de la relatividad general de Einstein, toda masa dobla el espacio-tiempo - TOBIAS WESTPHAL / ARKITEK SCIENTIFIC

   MADRID, 11 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Físicos austríacos han logrado medir el campo gravitacional de una esfera de oro, de solo 2 mm de diámetro, con un péndulo altamente sensible y, por lo tanto, la fuerza gravitacional más pequeña.

   El experimento abre nuevas posibilidades para probar las leyes de la gravedad en escalas pequeñas que antes no se habían alcanzado. Los resultados se publican en la revista Nature.

   La gravedad es la más débil de todas las fuerzas conocidas en la naturaleza y, sin embargo, está más presente en nuestra vida cotidiana. Cada pelota que lanzamos, cada moneda que arrojamos, todos los objetos son atraídos por la gravedad de la Tierra. En el vacío, todos los objetos cercanos a la superficie de la Tierra caen con la misma aceleración: su velocidad aumenta en aproximadamente 9,8 m / s por segundo.

   La fuerza de la gravedad está determinada por la masa de la Tierra y la distancia desde el centro. En la Luna, que es unas 80 veces más ligera y casi 4 veces más pequeña que la Tierra, todos los objetos caen 6 veces más lento. ¿Y en un planeta del tamaño de una mariquita? Los objetos caerían 30 mil millones de veces más lento allí que en la Tierra. Las fuerzas gravitacionales de esta magnitud normalmente ocurren solo en las regiones más distantes de las galaxias para atrapar estrellas remotas.

   Un equipo de físicos cuánticos dirigido por Markus Aspelmeyer y Tobias Westphal de la Universidad de Viena y la Academia de Ciencias de Austria ha demostrado estas fuerzas en el laboratorio por primera vez. Para ello, los investigadores se basaron en un famoso experimento realizado por Henry Cavendish a finales del siglo XVIII.

   Durante la época de Isaac Newton, se creía que la gravedad estaba reservada para objetos astronómicos como los planetas. No fue hasta el trabajo de Cavendish (y Nevil Maskelyne antes que él) que fue posible demostrar que los objetos en la Tierra también generan su propia gravedad. Con un elegante dispositivo de péndulo, Cavendish logró medir la fuerza gravitacional generada por una bola de plomo de 30 cm de altura y 160 kg en 1797.

   El llamado péndulo de torsión: dos masas en los extremos de una varilla suspendida de un alambre delgado y libre para rotar - se desvía de forma mensurable por la fuerza gravitacional de la masa de plomo. Durante los siglos siguientes, estos experimentos se perfeccionaron aún más para medir las fuerzas gravitacionales con una precisión cada vez mayor.

   El equipo de Viena tomó esta idea y construyó una versión en miniatura del experimento de Cavendish. Una esfera de oro de 2 mm que pesa 90 mg sirve como masa gravitacional. El péndulo de torsión consiste en una varilla de vidrio de 4 cm de largo y medio milímetro de espesor, suspendida de una fibra de vidrio de unas milésimas de milímetro de diámetro. Esferas de oro de tamaño similar están unidas a cada extremo de la varilla.

"Movimos la esfera de oro hacia adelante y hacia atrás, creando un campo gravitacional que cambia con el tiempo", explica en un comunicado Jeremias Pfaff, uno de los investigadores involucrados en el experimento. "Esto hace que el péndulo de torsión oscile a esa frecuencia de excitación particular".

   El movimiento, que es solo unas millonésimas de milímetro, se puede leer con la ayuda de un láser y permite sacar conclusiones sobre la fuerza. La dificultad es mantener las otras influencias en el movimiento lo más pequeñas posible.

   "El mayor efecto no gravitacional de nuestro experimento proviene de las vibraciones sísmicas generadas por los peatones y el tráfico de tranvías alrededor de nuestro laboratorio en Viena", dice el coautor Hans Hepach: "Por lo tanto, obtuvimos los mejores datos de medición por la noche y durante las vacaciones de Navidad, cuando había poco tráfico ". Otros efectos, como las fuerzas electrostáticas, podrían reducirse a niveles muy por debajo de la fuerza gravitacional mediante un escudo conductor entre las masas de oro.

   Esto hizo posible determinar el campo gravitacional de un objeto que tiene aproximadamente la masa de una mariquita por primera vez. Como siguiente paso, se planea investigar la gravedad de masas miles de veces más livianas.

   La posibilidad de medir campos gravitacionales de masas pequeñas y a distancias reducidas abre nuevas perspectivas para la investigación en física gravitacional; Se podrían encontrar rastros de materia oscura o energía oscura en el comportamiento de la gravedad, que podría ser responsable de la formación de nuestro universo actual. Los investigadores de Aspelmeyer están particularmente interesados en la interfaz con la física cuántica: ¿se puede hacer la masa lo suficientemente pequeña como para que los efectos cuánticos desempeñen un papel? Sólo el tiempo dirá. Por ahora, todavía prevalece la fascinación por la teoría de la gravedad de Einstein.

   "Según Einstein, la fuerza gravitacional es una consecuencia del hecho de que las masas doblan el espacio-tiempo en el que se mueven otras masas", dice el primer autor Tobias Westphal. "Entonces, lo que realmente estamos midiendo aquí es cómo una mariquita deforma el espacio-tiempo".