Desacuerdo respecto a la gravedad

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Balanza de torsión de CavendishRecientes medidas de la constante gravitatoria incrementan la incertidumbre sobre el valor aceptado.

La constante de gravitación Newtoniana – conocida en la rama de la metrología de precisión como la ‘gran G’ – ha recorrido un largo camino desde que el físico británico Henry Cavendish midió por primera vez la atracción de la Tierra en 1798. Aunque la G derivada de las medidas de Cavendish tenía una incertidumbre de aproximadamente un 1%, las medidas modernas la han afinado a apenas un par de decenas de partes por millón.

Pero el constante perfeccionamiento de G puede haber chocado con una piedra en el camino. Dos recientes experimentos están en total desacuerdo con anteriores hallazgos, y la incertidumbre global del valor en la constante podría tener que incrementarse.

En las ecuaciones de la gravedad de Newton, G representa el valor de la fuerza gravitatoria. La constante está envuelta en la búsqueda de unificar las teorías de la gravedad y la mecánica cuántica, y los esfuerzos por determinar G han contribuido a progresar en áreas de la física experimental: elementos del aparato que se desarrolló por primera vez para medir la constante, por ejemplo, ahora se usan en los detectores de ondas gravitatorias. Pero para algunos investigadores, medir G es un fin en sí mismo. “Es el experimento de precisión definitivo”, dice James Faller, físico en la Universidad de Colorado en Boulder.

Los metrólogos han medido tradicionalmente G usando una balanza de torsión — una vara suspendida de un cable. Cuando se colocan masas cerca del extremo de la vara, su minúsculo tirón gravitatorio provoca que gire en una cantidad proporcional a G. En 2000, Jens Gundlach y Stephen Merkowitz de la Universidad de Washington en Seattle usaron un nuevo método de balanza de torsión para realizar las medidas más precisas hasta la fecha1: 6,674215 × 10−11 metros cúbicos por kilogramo por segundo cuadrado, con una incertidumbre de 14 partes por millón (p.p.m.).

Pero este valor está siendo desafiado por dos métodos distintos, que han sido desarrollados ahora, con un nivel de precisión comparable al de Gundlach y Merko­witz. En un artículo aceptado por Physical Review Letters2, Faller y Harold Parks de los Laboratorios Nacionales Sandia en Albuquerque, Nuevo México, usaron un interferómetro láser para medir el desplazamiento de las inclinaciones de un péndulo provocado por distintas masas. Su resultado (6,67234 × 10−11 m3 kg−1 s−2, con una incertidumbre de 21 p.p.m.) tiene unas enormes 10 desviaciones estándar por debajo del valor medido por Gundlach y Merko­witz. Y en un artículo3 publicado en 2009 en Physical Review Letters, los investigadores liderados por Jun Luo de la Universidad Huazhong de Ciencia y Tecnología en Wuhan, China, midieron G comparando el tiempo que necesitaba un péndulo de torsión en oscilar dependiendo de unas masas colocadas a distintas distancias del mismo. Obtuvieron un valor de 6,67349 × 10−11 m3 kg−1 s−2, con una incertidumbre de 26 p.p.m., aproximadamente 3 desviaciones estándar por debajo del valor de Gundlach y Merkowitz. Los metrólogos habían esperado un desacuerdo mucho menor entre los resultados – probablemente no más de un par de desviaciones estándar.

Stephan Schlamminger de la Universidad de Washington, que midió G mientras estaba en la Universidad de Zurich en Suiza e informó de un resultado consistente4 con el de Gundlach y Merkowitz, dice que no puede explicar la inconsistencia. Puede deberse a un error sistemático, que es por lo que es tan importante medir G en una diversidad de formas, señala. “La gente está, obviamente, pasando por alto efectos y no teniéndolos en cuenta en sus experimentos”, añade Barry Taylor del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología en Gaithersburg, Maryland.

Los últimos resultados indican que el Comité sobre Datos para Ciencia y Tecnología (CODATA), con sede en París, que recomienda valores de constantes físicas cada cuatro años, probablemente revisará G en su próximo conjunto de valores, que terminará a principios de 2011. “Esos nuevos valores disminuirán el valor”, dice Taylor, que es parte del comité. “La incertidumbre final será la misma o mayor”.

Faller dice que el miedo a estar equivocados puede provocar que los investigadores esperen muchos años antes de publicar resultados que no estén de acuerdo con anteriores medidas. Parks y él llevaron a cabo su experimento en 2004, y han pasado el tiempo desde entonces buscando efectos que podrían haber pasado por alto. Está está seguro de que su medida es sólida: “Creo que lo he comprobado todo y tengo que lavarme las manos en este tema”.


Referencias
1. Gundlach, J. H. & Merkowitz, S. M. Phys. Rev. Lett. 85, 2869 (2000).
2. Parks, H. V. & Faller, J. E. Phys. Rev. Lett. http://xxx.lanl.gov/abs/1008.3203 (2010).
3. Luo, J. et al. Phys. Rev. Lett. 102, 240801 (2009).
4. Schlamminger, S. et al. Phys. Rev. D 74, 082001 (2006).

Autor: Eugenie Samuel Reich
Fecha Original: 23 de agosto de 2010
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