Tiembla la teoría de la gravedad: la pequeña partícula que logró descifrar el misterio más grande de la física

La gravedad, una de las fuerzas fundamentales del universo, fascinó a científicos y filósofos durante siglos, y a pesar de los numerosos avances teóricos, sigue siendo uno de los mayores misterios. 

Desde la ley de la gravitación universal de Newton hasta la teoría de la relatividad general de Einstein, hubo diversas explicaciones para entender su naturaleza. Sin embargo, la gravedad se distingue por su capacidad de curvar el espacio-tiempo, lo que dificulta su integración con la teoría cuántica.

La pequeña partícula que descifró el misterio más grande de la física

A diferencia de otras fuerzas, la gravedad es débil y solo se vuelve significativa en escalas grandes, como planetas y estrellas. Esto genera incertidumbre sobre cómo se comporta a nivel microscópico, donde predominan los efectos cuánticos.

A pesar de todas las teorías, "la gravedad nunca ha sido probada para masas pequeñas y al nivel de la masa de Planck", explica un nuevo estudio. Detectar los pequeños efectos de la gravedad a nivel cuántico es algo totalmente distinto y difícil de descifrar. 

Ahora, una nueva investigación publicada en Science Advances toma protagonismo. Un equipo de científicos de Reino Unido, los Países Bajos e Italia desarrolló un experimento muy sensible y preciso capaz de medir una fuerza gravitatoria equivalente a una quintillonésima parte de un Newton (1 attoNewton) en una partícula que pesa 0,43 miligramos. 

En otras palabras y para entender mejor, una fuerza de un Newton es aproximadamente la fuerza de gravedad que actúa sobre una manzana que está apoyada sobre una mesa. 

Los autores explican que "debido a que la coherencia cuántica se pierde fácilmente para aumentar el tamaño del sistema, es importante aislar la gravedad como una fuerza de acoplamiento para objetos tan pequeños como sea posible, lo que a su vez significa medir las fuerzas gravitacionales y las interacciones con extrema precisión."

Los efectos gravitatorios pueden compararse con una onda sonora: para detectar sonidos suaves, una grabadora necesita ser lo suficientemente sensible y filtrar el ruido de fondo. 

Del mismo modo, la gravedad de objetos pequeños es más "silenciosa". Para medir la fuerza gravitatoria de una partícula que pesa 0,43 miligramos, el equipo de investigadores tuvo que diseñar un experimento con alta sensibilidad, que elimine ruidos no relacionados, como las vibraciones aleatorias de las partículas que producen energía térmica.

Para lograr esto, emplearon varias herramientas: un refrigerador de dilución para enfriar el experimento y reducir la energía térmica, un sistema de masa-muelle para absorber vibraciones ambientales, y una trampa superconductora para levitar la partícula y aislarla de cualquier vibración. Además, colocaron una masa de 2,4 kilogramos cerca para generar la fuerza gravitatoria necesaria, similar a cómo la Tierra y la Luna interactúan entre sí.

Gracias a estas medidas para reducir las vibraciones, el equipo logró medir una fuerza gravitatoria de 30 attoNewtons en la partícula levitante que probaron.

No obstante, Yasunori Nomura, profesor de física teórica en la Universidad de Berkeley, expuso que la investigación podría tener limitaciones a la hora de medir la gravedad cuántica como tal. 

"Esta medición es un paso hacia la observación directa de las fuerzas gravitatorias en un régimen verdaderamente cuántico". Sin embargo, "alcanzar estas escalas con las técnicas de medición actuales, incluida la levitación de una pequeña masa en trampas superconductoras, es imposible", afirma Nomura.

Aunque el detector de gravedad no mida efectos gravitatorios cuánticos en el corto plazo, se espera que pueda ser útil para detectar efectos gravitatorios más grandes. En particular, el autor del estudio, Oosterkamp, planea usarlo para aumentar la sensibilidad de los experimentos que buscan ondas gravitacionales, que son las ondulaciones en el espacio-tiempo causadas por eventos gravitacionales masivos, como la colisión de agujeros negros.

A pesar de no descifrar la gravedad cuántica, esta investigación representa un gran avance hacia una comprensión más profunda de esta, lo que a su vez podría revelar importantes secretos sobre el origen del universo.

Sobre el estudio, Rana Adhikari, profesor de física de CalTech, sostiene que "lo más interesante es cómo son capaces de conseguir una temperatura tan baja y mantener unos ruidos de aceleración tan exquisitamente bajos". 

"Lo que decimos es que se trata de un paso en el camino hacia la medición de los efectos de la gravedad cuántica", concluye el autor principal del artículo, el profesor y doctor Tjerk Oosterkamp.