Los físicos miden el campo gravitacional más pequeño jamás detectado

Durante la temporada navideña de 2019, cuatro físicos se cernieron sobre dos minúsculos orbes de oro, cada uno del tamaño de una mariquita, en un laboratorio de Viena. Estaba en silencio, de todas las formas que puedas imaginar: audible, sísmicamente, incluso electromagnéticamente. Tenía que ser así, ya que los investigadores estaban tratando de detectar la influencia de la gravedad de una esfera sobre la otra.

Detectaron que lo hicieron, por primera vez para sondeos gravitacionales a esta escala. Una de las bolas doradas (la “masa fuente”) se registró moviendo la otra esfera, muy levemente. Los resultados del equipo fueron publicado hoy en la naturaleza.

“Si tomas nuestro pequeño planeta dorado, un objeto en la superficie del planeta en realidad caería con una velocidad 30 mil millones de veces más lenta en comparación con la rapidez con la que caen los objetos en la Tierra”. Markus Aspelmeyer, físico cuántico de la Universidad de Viena y coautor del artículo, dijo en una videollamada. “Esta es la magnitud de la que estamos hablando”.

Los interrogatorios de la gravedad, una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza y quizás la más perceptible, tienden a ocurrir en las escalas más masivas y en miniatura. La consulta de grandes gravedades se ocupa de masas lejanas: exámenes de agujeros negros y estrellas de neutrones lanzados a lo largo del cosmos. Pero una mejor comprensión del menor esfuerzo de la fuerza ocurre aquí en la Tierra, donde los investigadores pueden controlar el entorno de sus experimentos con infinitamente más facilidad que en la intratable expansión del espacio.

Para el equipo de Aspelmeyer, ese control significaba amortiguar las variables que podrían alterar los resultados del equipo, debido a que un investigador se acercaba demasiado a los orbes dorados. mientras prueba el tráfico exterior. Los físicos llevaron a cabo intencionalmente los experimentos durante las vacaciones, cuando menos tranvías estarían funcionando fuera y el ajetreo normal de los negocios vieneses se ralentizaría ya que la gente se quedaba en casa con sus familias.

“Es necesario hacer algunos trucos”, dijo Aspelmeyer, “para distinguir la aceleración de la masa fuente frente a las aceleraciones de todas las demás masas”.

Se eligió oro para la masa fuente porque es pesado, denso, puede ser bastante puro y los físicos pueden comprender fácilmente todas las propiedades de la masa. Al igual que lo haría con una nueva pieza de joyería, compraron el oro destinado a la investigación de física fundamental en un orfebre local en Viena, que lo elaboró ​​específicamente a escala.

En el experimento, las pequeñas cuentas doradas fueron separadas por un pequeño escudo de Faraday, para evitar cualquier interferencia electromagnética.. Una cuenta estaba unida a una barra horizontal que colgaba del techo con un espejo, y la otra, la masa que ejercía un campo gravitacional, se movía de forma intermitente. Se apuntó un láser al espejo, y los movimientos incrementales de la esfera en el extremo receptor de este diminuto campo de fuerza se registraron en los movimientos del láser, que se registraron con precisión.

“La detección de una señal gravitacional tan minúscula es en sí misma un resultado emocionante, pero los autores fueron incluso más allá al determinar un valor para G a partir de su experimento”, dijo Christian Rothleitner, físico no afiliado en Physikalisch-Technische Bundesanstalt en Alemania, en un artículo adjunto en perspectiva. “Por lo tanto, el experimento es el primero en demostrar que la ley de la gravedad de Newton se cumple incluso para masas de origen tan pequeñas como estas”.

Este no es el final de la línea de investigaciones gravitacionales diminutas. Finalmente, la esperanza de los físicos de medir campos gravitacionales en un estado cuántico, reconciliando así el hecho de que la relatividad general, la teoría que mejor explica la gravedad, no puede explicarse en términos de mecánica cuántica. Cuanto más minuciosas son las mediciones de los campos, más se acercan los investigadores a responder las grandes preguntas, como por qué la materia oscura es invisible. pero aún contribuye a la masa del universo.

Mucho antes de que tenga lugar una experimentación a pequeña escala, el equipo trabajará con masas no cuánticas más pequeñas.

“El principal factor limitante en este momento sigue siendo el ruido ambiental, lo que no significa necesariamente una configuración experimental diferente”, dijo el coautor Hans Hepach, físico de la Universidad de Viena, en la misma videollamada. “El factor fundamentalmente limitante del experimento actual es el ruido térmico de la suspensión del péndulo. Eliminando así la suspensión y levitando la masa de prueba (por ejemplo, magnéticamente) permitiría masas más pequeñas “.

El retoque gravitacional ha revelado una nueva escala a la fuerza más débil del universo. Para detectarlo, se requirió un entorno de laboratorio muy controlado y matemáticas diligentes. La próxima vez que estés en Viena, recuerda callar. Los físicos están trabajando.