La fuerza gravitatoria más pequeña medida

La gravedad es la más débil de todas las fuerzas conocidas de la naturaleza y, sin embargo, es la que está más presente en nuestra vida cotidiana. Cada pelota que lanzamos, cada moneda que dejamos caer… todos los objetos son atraídos por la gravedad de la Tierra. Aquí, la fuerza de la gravedad viene determinada por la masa de la Tierra y la distancia al centro de ella. En la Luna, que es unas 80 veces más ligera y casi 4 veces más pequeña que la Tierra, todos los objetos caen 6 veces más despacio que en la Tierra. Y la aceleración de la gravedad sigue disminuyendo si lo hacen los valores de los parámetros que la determinan.

En la época de Isaac Newton, pionero en el estudio de la gravitación, se creía que la gravedad estaba reservada a los objetos astronómicos, como los planetas. No fue hasta los trabajos de Henry Cavendish (y de Nevil Maskelyne antes que él) que se pudo demostrar que los objetos de la Tierra también generan su propia gravedad. Utilizando un ingenioso dispositivo de péndulo, Cavendish consiguió medir en 1797 la fuerza gravitatoria generada por una bola de plomo de 30 centímetros y 160 kilogramos. El llamado péndulo de torsión (dos masas en los extremos de una varilla suspendida de un fino cable y con plena libertad de movimiento para girar) se ve afectado de manera medible por la fuerza gravitatoria de la masa de plomo. A lo largo de los siglos siguientes, los experimentos de este tipo se fueron perfeccionando para medir las fuerzas gravitatorias con una precisión cada vez mayor.

Recientemente, un equipo que incluye a Markus Aspelmeyer, de la Universidad de Viena en Austria, y Tobias Westphal, del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI), dependiente de la Academia Austriaca de Ciencias, retomó esta idea y construyó una versión en miniatura del experimento de Cavendish. Una esfera de oro de 2 milímetros que pesa 90 miligramos sirve de masa gravitatoria. El péndulo de torsión consiste en una varilla de vidrio de 4 centímetros de longitud y medio milímetro de grosor, suspendida de una fibra de vidrio de unas milésimas de milímetro de diámetro. En los extremos de la varilla se fijan esferas de oro de tamaño similar.

La bolita de oro usada en el experimento, aquí mostrada con una moneda de 1 céntimo de euro para tener una referencia visual clara de su minúsculo tamaño. (Foto: © Tobias Westphal / Arkitek Scientific)

En el experimento, los científicos mueven la esfera de oro de un lado a otro, creando un campo gravitatorio que cambia con el tiempo. Esto hace que el péndulo de torsión oscile a esa frecuencia de excitación concreta. El movimiento, que es de solo unas millonésimas de milímetro, puede medirse entonces con la ayuda de un láser y el resultado permite obtener conclusiones.

La principal dificultad a la hora de realizar mediciones de valores tan minúsculos es que infinidad de fenómenos, por insignificantes que parezcan, pueden perturbar la medición. "El mayor efecto no gravitatorio en nuestro experimento procede de las vibraciones sísmicas generadas por los peatones y por el tráfico de tranvías en torno a nuestro laboratorio de Viena", revela Hans Hepach, del equipo de investigación. "Debido a ello, obtuvimos los mejores datos de medición por la noche y durante las vacaciones de Navidad, cuando había poco tráfico". Otros efectos, como las fuerzas electrostáticas, pudieron reducirse a niveles muy inferiores a la fuerza gravitatoria mediante sistemas activos de protección.

Los detalles técnicos de este récord se exponen en la revista académica Nature, bajo el título de “Measurement of Gravitational Coupling between Millimeter-Sized Masses”. (Fuente: NCYT de Amazings)