Investigadores han vuelto a determinar la constante gravitacional G, que determina la intensidad de la gravedad, mediante una nueva técnica de medición.
El experimento consta de dos haces vibratorios en cámaras de vacío. Los investigadores utilizaron dispositivos láser para medir su movimiento y así inferir la magnitud de la constante gravitacional.
Una mejor comprensión de la gravedad nos permitiría interpretar mejor las señales de ondas gravitacionales, que podrían revelar nuevos conocimientos sobre el universo y su historia.
Investigadores han vuelto a determinar la constante gravitacional G mediante una nueva técnica de medición.
Aunque sigue habiendo un alto grado de incertidumbre sobre este valor, el nuevo método ofrece un gran potencial para poner a prueba una de las leyes más fundamentales de la naturaleza.
La constante gravitacional G determina la intensidad de la gravedad, la fuerza que hace que las manzanas caigan al suelo o que mantiene a la Tierra en su órbita alrededor del Sol. Forma parte de la ley de gravitación universal de Isaac Newton, que él formuló por primera vez hace más de 300 años. La constante no puede deducirse matemáticamente; debe determinarse mediante experimentos.
A lo largo de los siglos, los científicos han realizado numerosos experimentos para determinar el valor de G, pero la comunidad científica no está satisfecha con la cifra actual. Sigue siendo menos precisa que los valores de todas las demás constantes naturales fundamentales, como la velocidad de la luz en el vacío.
Una de las razones gravedad es extremadamente difícil de cuantificar es que se trata de una fuerza muy débil y no se puede aislar: cuando se mide la gravedad entre dos cuerpos, también se mide el efecto de todos los demás cuerpos del mundo.
«La única opción para resolver esta situación es medir la constante gravitacional con tantos métodos distintos como sea posible», explica Jürg Dual, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica y de Procesos de ETH Zúrich. Él y sus colegas realizaron un nuevo experimento para volver a determinar la constante gravitacional y ahora han presentado su trabajo en Nature Physics.
Para descartar en la medida de lo posible las fuentes de interferencia, el equipo de Dual instaló sus equipos de medición en la antigua fortaleza de Furggels, situada cerca de Pfäfers, por encima de Bad Ragaz, Suiza.
El montaje experimental consta de dos haces suspendidos en cámaras de vacío. Cuando los investigadores hicieron vibrar uno de ellos, el acoplamiento gravitacional provocó también un movimiento mínimo en el segundo (del orden de picómetros, es decir, una billonésima parte de un metro). El equipo midió con dispositivos láser el movimiento de ambos haces; la medición de este efecto dinámico les permitió inferir la magnitud de la constante gravitacional.
El valor que los investigadores obtuvieron con este método es un 2,2 % superior al valor oficial actual establecido por el Comité de Datos para la Ciencia y la Tecnología. Sin embargo, Dual reconoce que el nuevo valor está sujeto a una gran incertidumbre: «Para obtener un valor fiable, todavía tenemos que reducir considerablemente esta incertidumbre. Ya estamos realizando mediciones con un montaje experimental ligeramente modificado para poder determinar la constante G con aún más precisión». Ya se dispone de resultados iniciales, pero aún no se han publicado. Aun así, Dual confirma que «vamos por buen camino».
Los investigadores llevan a cabo el experimento a distancia desde Zúrich, lo que reduce al mínimo las interrupciones causadas por el personal presente en el lugar. El equipo puede consultar los datos de medición en tiempo real cuando lo desee.
En el experimento, vibra una varilla naranja, lo que hace que una varilla azul se mueva debido a las fuerzas gravitacionales. Cuatro dispositivos láser detectan con gran precisión los movimientos extremadamente pequeños de las varillas.
Para Dual, la ventaja del nuevo método es que mide la gravedad de forma dinámica mediante los haces en movimiento. «En las mediciones dinámicas, a diferencia de las estáticas, no importa que sea imposible aislar el efecto gravitacional de otros cuerpos», afirma. Por eso espera que él y su equipo puedan usar el experimento para ayudar a resolver el enigma de la gravedad. La ciencia aún no ha llegado a comprender plenamente esta fuerza natural ni los experimentos relacionados con ella.
Por ejemplo, una mejor comprensión de la gravedad nos permitiría interpretar mejor las ondas gravitacionales señales. Estas ondas se detectaron por primera vez en 2015 en los observatorios LIGO de Estados Unidos. Fueron el resultado de la fusión de dos agujeros negros en órbita, a una distancia de unos 1,3 mil millones de años luz de la Tierra. Desde entonces, los científicos han documentado decenas de sucesos de este tipo; si pudieran rastrearse en detalle, revelarían nuevos conocimientos sobre el universo y su historia.
Dual comenzó a trabajar en métodos para medir la constante gravitacional en 1991, pero en cierto momento dejó su trabajo en pausa. Sin embargo, la observación de ondas gravitacionales en LIGO le dio un nuevo impulso y, en 2018, retomó sus investigaciones. En 2019, el equipo del proyecto instaló el laboratorio en la fortaleza de Furggels y comenzó nuevos experimentos. Además de los científicos del grupo de Dual y de un profesor de estadística, en el proyecto también participó personal de infraestructura, como especialistas en salas blancas, un ingeniero eléctrico y un mecánico.
