Un principio central de la teoría general de la relatividad de Einstein acaba de pasar su prueba más estricta hasta el momento.
Usando un satélite especialmente diseñado, un equipo internacional de científicos midió las aceleraciones de pares de objetos en caída libre en la órbita de la Tierra. Los resultados basados en datos de cinco meses indicaron que las aceleraciones no diferían en más de una parte en 1015descartando cualquier violación al principio de equivalencia débil hasta esa escala.
los principio de equivalencia débil es relativamente simple de observar, afirmando que todos los objetos aceleran de manera idéntica en el mismo campo gravitacional cuando ninguna otra influencia actúa sobre ellos, independientemente de su masa o composición.
Quizás se demostró de manera más famosa con un efecto dramático en 1971 cuando el astronauta Dave Scott dejó caer un martillo y una pluma. simultaneamente
El nuevo experimento, llamado MICROSCOPE y dirigido por el difunto físico pierre touboul, fue algo más riguroso que la demostración de Scott. Involucró un satélite dando vueltas sobre la Tierra en órbita desde el 25 de abril de 2016 hasta su desactivación el 18 de octubre de 2018.
Durante este tiempo, el equipo realizó múltiples experimentos con masas suspendidas en caída libre, proporcionando un total de cinco meses de datos. Dos tercios de estos datos involucraron pares de masas de prueba de diferentes composiciones, aleaciones de titanio y platino. El tercio restante involucró un par de masas de referencia de la misma composición de platino.
El equipo experimental utilizó fuerzas electrostáticas para mantener las dos masas de prueba en la misma posición entre sí. Si hubiera alguna diferencia en la aceleración, una métrica conocida como Relación de Eötvös – el equipo registraría cambios en las fuerzas electrostáticas que mantienen las masas en su lugar.
Primeros resultados lanzado en 2017 fueron prometedores, no encontrando ninguna violación del principio de equivalencia débil hasta un parámetro Eötvös de −1±9 x 10−15. Sin embargo, el satélite todavía estaba operativo y produciendo datos, lo que significaba que el trabajo no estaba completo. El conjunto de datos completo consolida esos primeros hallazgos, restringiendo el parámetro Eötvös a 1,1 x 10−15
Este es el límite más estricto del principio de equivalencia débil hasta la fecha, y es poco probable que se supere pronto. Significa que los científicos pueden seguir confiando en la relatividad general con más confianza que nunca y colocar nuevas restricciones en la intersección entre la relatividad general y la mecánica cuántica, dos regímenes que operan bajo reglas diferentes.
“Tenemos restricciones nuevas y mucho mejores para cualquier teoría futura, porque estas teorías no deben violar el principio de equivalencia en este nivel”. explica el astrónomo Gilles Metris del Observatorio de la Costa Azul en Francia.
Se trata de un resultado espectacular, dado que el equipo, diseñado para trabajar en el entorno de microgravedad de la órbita terrestre, no pudo probarse antes del lanzamiento. Ahora que el proyecto MICROSCOPE se completó con éxito, el equipo puede usar los resultados para diseñar una prueba aún más estricta.
Estas pruebas ayudarán a probar las limitaciones de la relatividad general, un marco que describe la gravitación en el espacio-tiempo físico. Sin embargo, a escalas atómicas y subatómicas, la relatividad general falla y la mecánica cuántica toma el relevo. Los científicos han estado tratando de resolver las diferencias entre los dos durante bastante tiempo. Descubrir con precisión dónde falla la relatividad general podría ser una forma de hacerlo.
Ahora sabemos que ese desglose no ocurre hasta una parte en 1015 por equivalencia débil. Las mejoras específicas que se pueden realizar en la próxima iteración del satélite podrían reducirlo al nivel de una parte en 1017. Eso va a tomar algún tiempo para lograr, sin embargo.
“Durante al menos una década o tal vez dos, no vemos ninguna mejora con un experimento de satélite espacial”. dice el ingeniero físico Manuel Rodrigues del centro nacional francés de investigación aeroespacial (ONERA).
Pero sospechamos que estos resultados serán suficientes para continuar por el momento.
El increíble trabajo del equipo ha sido publicado en Cartas de revisión física y un número especial de Gravedad Clásica y Cuántica.