Hace poco más de una semana, los físicos europeos anunció Habían medido la fuerza de la gravedad en la escala más pequeña jamás creada.
En un inteligente experimento de mesa, investigadores de la Universidad de Leiden (Países Bajos), la Universidad de Southampton (Reino Unido) y el Instituto de Fotónica y Nanotecnologías de Italia midieron una fuerza de alrededor de 30 attonewtons sobre una partícula con poco menos de medio miligramo de masa. Un attonewton es una milmillonésima de milmillonésima de newton, la unidad estándar de fuerza.
Los investigadores dices El trabajo podría “desvelar más secretos sobre la estructura misma del universo” y puede ser un paso importante hacia la próxima gran revolución en la física.
¿Pero por qué es eso? No es sólo el resultado: es el método, y lo que dice sobre el camino a seguir para una rama de la ciencia que, según los críticos, puede estar atrapada en un bucle de Costos crecientes y rendimientos decrecientes..
Gravedad
Desde el punto de vista de un físico, la gravedad es una fuerza extremadamente débil. Esto podría parecer algo extraño de decir. ¡No te sientes débil cuando intentas levantarte de la cama por la mañana!
Aun así, en comparación con las otras fuerzas que conocemos (como la fuerza electromagnética responsable de unir los átomos y de generar luz, y la fuerza nuclear fuerte que une los núcleos de los átomos), la gravedad ejerce una atracción relativamente débil entre los objetos.
Y en escalas más pequeñas, los efectos de la gravedad se vuelven cada vez más débiles.
Es fácil ver los efectos de la gravedad en objetos del tamaño de una estrella o un planeta, pero es mucho más difícil detectar efectos gravitacionales en objetos pequeños y ligeros.
La necesidad de probar la gravedad
A pesar de la dificultad, los físicos realmente quieren probar la gravedad a pequeña escala. Esto se debe a que podría ayudar a resolver un misterio centenario en la física actual.
La física está dominada por dos teorías extremadamente exitosas.
La primera es la relatividad general, que describe la gravedad y el espacio-tiempo a grandes escalas. La segunda es la mecánica cuántica, que es una teoría de partículas y campos (los componentes básicos de la materia) a pequeñas escalas.
Estas dos teorías son en cierto modo contradictorias y los físicos no entienden qué sucede en situaciones en las que ambas deberían aplicarse. Uno de los objetivos de la física moderna es combinar la relatividad general y la mecánica cuántica en una teoría de la "gravedad cuántica".
Un ejemplo de una situación en la que se necesita la gravedad cuántica es la comprensión completa de los agujeros negros. Estos están predichos por la relatividad general (y hemos observado algunos enormes en el espacio), pero también pueden surgir pequeños agujeros negros a escala cuántica.
Sin embargo, en la actualidad no sabemos cómo unir la relatividad general y la mecánica cuántica para explicar cómo funcionan la gravedad y, por tanto, los agujeros negros, en el reino cuántico.
Nuevas teorías y nuevos datos
Se han desarrollado varios enfoques para una posible teoría de la gravedad cuántica, entre ellos teoria de las cuerdas, bucle de gravedad cuánticay teoría de conjuntos causales.
Sin embargo, estos enfoques son enteramente teóricos. Actualmente no tenemos ninguna forma de probarlos mediante experimentos.
Para probar empíricamente estas teorías, necesitaríamos una forma de medir la gravedad a escalas muy pequeñas donde dominan los efectos cuánticos.
Hasta hace poco, realizar este tipo de pruebas estaba fuera de nuestro alcance. Parecía que necesitaríamos equipos muy grandes: incluso más grandes que el acelerador de partículas más grande del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones, que envía partículas de alta energía girando alrededor de un circuito de 27 kilómetros antes de estrellarlas entre sí.
Experimentos de mesa
Por eso es tan importante la reciente medición de la gravedad a pequeña escala.
El experimento realizado conjuntamente entre los Países Bajos y el Reino Unido es un experimento “de mesa”. No requirió maquinaria masiva.
El experimento funciona haciendo flotar una partícula en un campo magnético y luego haciendo pasar un peso a su lado para ver cómo se "menea" en respuesta.
Esto es análogo a la forma en que un planeta se "menea" cuando pasa junto a otro.
Al hacer levitar la partícula con imanes, se puede aislar de muchas de las influencias que dificultan la detección de influencias gravitacionales débiles.
La belleza de experimentos de mesa como este es que no cuestan miles de millones de dólares, lo que elimina una de las principales barreras para realizar experimentos de gravedad a pequeña escala y, potencialmente, para lograr avances en física. (La última propuesta para un sucesor más grande del Gran Colisionador de Hadrones cuesta $ 17 mil millones.)
Trabajo por hacer
Los experimentos de mesa son muy prometedores, pero aún queda trabajo por hacer.
El reciente experimento se acerca al dominio cuántico, pero no llega allí. Las masas y fuerzas involucradas deberán ser aún menores para descubrir cómo actúa la gravedad a esta escala.
También debemos estar preparados para la posibilidad de que no sea posible llevar los experimentos teóricos hasta este punto.
Es posible que todavía exista alguna limitación tecnológica que nos impida realizar experimentos de gravedad a escalas cuánticas, lo que nos empujará a construir colisionadores más grandes.
Volver a las teorías
También vale la pena señalar que algunas de las teorías de la gravedad cuántica que podrían probarse mediante experimentos de mesa son muy radicales.
Algunas teorías, como la gravedad cuántica de bucles, sugieren El espacio y el tiempo pueden desaparecer. a escalas muy pequeñas o altas energías. Si esto es así, puede que no sea posible realizar experimentos a estas escalas.
Después de todo, los experimentos tal como los conocemos son el tipo de cosas que suceden en un lugar particular, durante un intervalo de tiempo particular. Si teorías como ésta son correctas, es posible que tengamos que repensar la naturaleza misma de la experimentación para poder encontrarle sentido en situaciones en las que el espacio y el tiempo están ausentes.
Por otro lado, el hecho mismo de que podamos realizar experimentos sencillos que involucren la gravedad a pequeñas escalas puede sugerir que, después de todo, el espacio y el tiempo están presentes.
¿Cuál resultará cierto? La mejor manera de averiguarlo es continuar con los experimentos de mesa y llevarlos lo más lejos posible.
Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.
Crédito de la imagen: Garik Barseghyan / Pixabay
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- Fuente: https://singularityhub.com/2024/03/04/gravity-experiments-on-the-kitchen-table-why-a-tiny-tiny-measurement-may-be-a-big-leap-forward-for-physics/
