'Big G': Los Científicos Determinan La Constante Gravitatoria Evasiva

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Un nuevo método para medir la constante gravitacional podría ayudar a encontrar evidencia de dimensiones adicionales de espacio-tiempo.

Una constante fundamental que establece el tamaño de la fuerza gravitacional entre todos los objetos finalmente se ha determinado utilizando el comportamiento cuántico peculiar de los átomos pequeños.

Los nuevos resultados podrían ayudar a establecer el valor oficial de la constante gravitacional, e incluso podrían ayudar a los científicos a encontrar evidencia de dimensiones adicionales de espacio-tiempo, dijo el coautor del estudio, Guglielmo Tino, físico atómico de la Universidad de Florencia en Italia. [Física retorcida: 7 hallazgos alucinantes]

Valor elusivo

Según la leyenda, Sir Isaac Newton formuló por primera vez su teoría de la gravedad después de ver caer una manzana. En las ecuaciones de Newton, la fuerza de la gravedad crece con la masa de dos objetos en cuestión, y la fuerza se vuelve más débil cuanto más distantes están los objetos entre sí. El polimatista inglés sabía que las masas de los objetos tenían que multiplicarse por una constante, o "gran G", para llegar a la fuerza gravitatoria entre esos dos objetos, pero no pudo calcular su valor. ("Big G" es diferente de "little g", que es la aceleración gravitacional local en la Tierra).

En 1798, el científico Henry Cavendish calculó la gran G para determinar la masa de la Tierra. Para hacerlo, Cavendish suspendió las mancuernas en un cable, con enormes esferas de plomo colocadas a diferentes distancias cercanas, y luego midió cuánto giraban las mancuernas en respuesta al atractivo tirón de la gravedad de la mancuerna vecina. [6 Datos extraños sobre la gravedad]

Desde entonces, casi todos los intentos de medir la gran G han usado alguna variación del método de Cavendish. Muchos de esos experimentos obtuvieron valores bastante precisos, que no coincidían entre sí. Eso se debe a que era demasiado difícil identificar todas las posibles fuentes de error en los complicados sistemas utilizados, dijo Holger Müller, físico atómico de la Universidad de California en Berkeley, que no participó en el nuevo estudio.

"La fuerza gravitatoria es súper diminuta, por lo que cualquier cosa, desde corrientes de aire hasta cargas eléctricas, puede dar un resultado falso", dijo Müller a WordsSideKick.com.

Como resultado, la gran G se conoce con mucha menos precisión que otras constantes fundamentales, como la velocidad de la luz o la masa de un electrón, dijo Tino a WordsSideKick.com.

Manteniendo fresco

Los grandes sistemas no parecían estar funcionando, por lo que los investigadores decidieron ir muy pequeños.

El equipo enfrió los átomos de rubidio justo por encima de la temperatura del cero absoluto (menos 459.67 grados Fahrenheit, o menos 273.15 grados Celsius), donde los átomos apenas se mueven. Luego, los investigadores lanzaron los átomos hacia arriba dentro de un tubo de vacío y los dejaron caer, en lo que se llama una fuente atómica.

También colocaron varios cientos de libras de tungsteno cerca.

Para ver cómo el tungsteno distorsionaba el campo gravitatorio, recurrieron a la mecánica cuántica, las extrañas reglas que gobiernan las partículas subatómicas. En escalas pequeñas, las partículas como los átomos también pueden comportarse como ondas, lo que significa que pueden tomar dos caminos diferentes al mismo tiempo. Así que el equipo dividió los caminos que tomaron los átomos de rubidio cuando cayeron, y luego usó un dispositivo llamado interferómetro atómico para medir cómo cambiaban las formas de onda de esos caminos. El cambio en los picos y valles de los caminos cuando se recombinaron fue el resultado de la atracción gravitacional de las masas de tungsteno.

La nueva medida de G - 6.67191 (99) X 10 ^ -11 metros cubos / kilogramos segundos ^ 2 - no es tan precisa como las mejores medidas, pero como utiliza átomos individuales, los científicos pueden estar más seguros de que los resultados no lo son Tino le dijo a WordsSideKick.com que estaba distorsionado por errores ocultos que frustraban las configuraciones más complicadas de experimentos pasados.

El logro es impresionante, dijo Müller.

"Pensé que este experimento sería casi imposible, porque la influencia de esas masas [en la fuerza gravitacional] es muy pequeña", dijo Müller a WordsSideKick.com. "Es realmente un gran avance".

Nuevo valor

El nuevo experimento abre la esperanza de que las mediciones futuras finalmente puedan establecerse en un valor más preciso para la gran G.

Los hallazgos también podrían ayudar a los científicos a descubrir si algo más extraño está en juego. Algunas teorías sugieren que las dimensiones adicionales podrían deformar los campos gravitatorios en nuestro propio mundo de cuatro dimensiones. Es probable que estas distorsiones sean muy sutiles y solo se noten a distancias muy pequeñas. De hecho, otros han sugerido que los diferentes resultados que han obtenido otros laboratorios fueron causados ​​por esta intrusión extradimensional, dijo Tino.

Al descartar errores metodológicos, la nueva técnica podría usarse para encontrar evidencia de dimensiones adicionales, dijo.

El nuevo valor de G se publicó hoy (18 de junio) en la revista Nature.

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