Nunca se había determinado la gravedad de objetos tan pequeños. El hito supone un paso hacia el estudio experimental de la naturaleza cuántica de la gravedad.

El físico Markus Aspelmeyer recuerda claramente el día, hace casi una década, en que un visitante de su laboratorio decretó que la atracción gravitatoria de su silla de oficina era demasiado débil para medirla. Medible o no, esa fuerza sin duda debía existir. Desde que Isaac Newton publicara sus Principia en 1687, los físicos entienden que la gravedad es universal: cualquier objeto ejerce una fuerza gravitatoria proporcional a su masa sobre todo lo que le rodea.

El comentario del visitante solo pretendía devolver a la realidad una conversación cada vez más extravagante, pero Aspelmeyer, profesor de la Universidad de Viena, se lo tomó como un reto. «Adopté una resolución: «¡No solo voy a medir el campo gravitatorio de esta silla, sino que vamos a llegar a escalas muy muy muy pequeñas!»», rememora.

El proyecto de investigación que nació ese día acaba de producir su primer resultado: una medición de la fuerza gravitatoria entre dos diminutas esferas de oro, cada una del tamaño de una semilla de sésamo y con el peso de cuatro granos de arroz. Nunca se había medido la atracción gravitatoria entre masas tan pequeñas.

Los resultados, publicados la semana pasada en Nature, acercan a los físicos al arduo objetivo de reconciliar la gravedad con la mecánica cuántica, la teoría en que se basa toda la física no gravitatoria.

Experimentos gravitatorios de precisión

No es fácil comprender lo increíblemente débil que es la gravedad para masas tan pequeñas. La fuerza gravitatoria que una esfera (la masa «fuente») ejerce sobre otra (la masa de prueba) situada a unos pocos milímetros de distancia es decenas de millones de veces menor que el peso de un copo de nieve.

El principal reto al que se enfrentaba el equipo de Aspelmeyer era diseñar un detector muy sensible a esa diminuta atracción gravitatoria y, al mismo tiempo, totalmente insensible a otras fuerzas mucho mayores que tiran de la masa de prueba en todas direcciones.

Los investigadores alcanzaron esa sensibilidad por medio de un péndulo de torsión, un instrumento que parece una versión en miniatura de los juguetes móviles que se cuelgan sobre la cuna de un bebé. La esfera que actúa como masa de prueba está fijada a un extremo de una varilla delgada, que pende de una fibra de cuarzo de cuatro micras de grosor unida a su punto medio. En el otro extremo de la varilla hay una esfera idéntica que hace de contrapeso.

Cuando actúa una fuerza sobre la masa de prueba, hace girar el péndulo hasta que se ve compensada por la fuerza restauradora generada por la torsión de la fibra. Un hilo tan fino es muy flexible, por lo que hasta las fuerzas muy débiles producen rotaciones relativamente grandes. Y lo más importante: el péndulo de torsión no se ve afectado por las fuerzas ejercidas por objetos distantes, que tiran a la vez de la masa de prueba y del contrapeso y, en consecuencia, no inducen una rotación.

Pero ni siquiera con ese diseño tan inteligente resultó posible aislar por completo la masa de prueba del ajetreado entorno urbano de la Viena diurna. «El mejor momento siempre es entre la medianoche y las 5 de la mañana, cuando no hay nadie en la calle», explica Aspelmeyer. «[Pero] eso no se cumplía los viernes ni los sábados.»

Para medir la fuerza gravitatoria de la masa fuente, los investigadores no se limitaron a colocarla cerca de la masa de prueba. En cambio, la movieron adelante y atrás, manteniendo una separación media de unos pocos milímetros. Esta técnica, denominada modulación, está implícita en el diseño de los intermitentes de los coches y las luces parpadeantes de las bicicletas: las señales regulares y periódicas son mucho más visibles que las constantes frente al omnipresente ruido de fondo.

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