Desacuerdo respecto a la gravedad

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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Comments (12)

  1. Pachu

    Es bueno ver artículos de nuevo, espero hayas recargado las pilas.

  2. Renard Sans

    Recordemos que la gravedad se ve afectada debido a diversas causas como la parte que ocupemos en el orbe, temperatura y otras.

  3. [...] News, Nature, Published online 23 August 2010 [Kanijo, que vuelve a la carga, se me ha adelantado en la traducción]. El nuevo artículo técnico es Harold V. Parks, James E. Faller, “A Simple [...]

  4. Los interesados en más detalles técnicos (incluida la gráfica de los resultados de Parks y Faller (PRL 2010) tienen un resumen en mi web (comentario #4).

  5. Alfonso

    Y por qué es tan importante calcular el valor de G tan precisamente? En qué puede afectar el que varíen las últimas cifras decimales?

    • OzzyBulla

      Me temo que las desviaciones seguirán incrementándose en la medida en que se incremente la exactitud de las mediciones ¿cuanto tiempo pasará para que se empiece a aceptar que la constante no existe? ¿O hasta que convenza a un matemático que me ayude? jaja

    • OzzyBulla

      Alfonso: la gravedad es una fuerza muy débil en relación a la masa (piensa que hasta Puyol es capaz de vencer la fuerza que ejerce sobre él toda la masa de la tierra) . Pero cuando las masas en juego son enormes, entonces ese pequeñísimo factor te da resultados que no son despreciables.
      En todo caso, la necesidad de la precisión es tanto mayor por cuanto mas incógnitas e inconsistencias parece haber sobre el tema

      • jurl

        Lamento discrepar, Puyol, como el resto de animales primates que somos, podemos desafiar razonablemente la fuerza de la gravedad que tiende a llevarnos a la superficie equipotencial más próxima que nos impida seguir cayendo (el suelo), pero de vencerla, ni de coña, vamos, todo lo más, dar saltos parabólicos en el pozo gravitatorio que estamos. Para “vencerla” y parcialmente, necesitamos unos artefactos impresionantes que consumen una cantidad de energía brutal y sólo para ponernos en órbita, es decir, tampoco para vencer la gravedad terrestre. Y si pudiéramos escapar de la terrestre, que es relativamente pequeña (en comparación a otras), tendríamos la solar que es brutal, que no notamos porque compartimos la energía cinética de nuestro planeta que nos hace orbitar en perpetua caída libre alrededor del sol.

        Además, la fuerza es mutua: la que ejerce la Tierra sobre Puyol es la misma que ejerce Puyol sobre la Tierra, es sólo que la inercia de la Tierra es un “pelín” mayor xDD (si prefieres, la aceleración que Puyol produce sobre ésta).

        • OzzyBulla

          En estricto rigor tienes razón; pero a lo que yo apunto es a la debilidad de la gravedad en relación a otras fuerzas. De hecho, una pequeñísima área se electrones encontrados entre nuestros pies y el piso justo debajo de ellos tiene la fuerza suficiente para contrarestar la gravedad que toda la tierra ejerce sobre nosotros.
          Por otra parte, tenemos que tener en cuenta que aunque con artefactos enormes para nosotros pero insignificantes en relación a la tierra hemos sido capaces de alcanzar la velocidad de escape de su atracción (o sea, desarrollar una energía cinétca que supera la gravedad de nuestra casa.
          No quita que no soporto a Puyol y su incapacidad para controlar su propia inercia.

  6. Desacuerdo respecto a la gravedad…

    Recientes medidas de la constante de la gravitación universal teóricamente muy exactas y hechas con métodos diferentes dan resultados mayores de lo esperado, por lo que lo único que parece seguro es el 6’67*10^-11…

  7. [...] Desacuerdo respecto a la gravedad [...]

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