Obtienen una nueva medida de la constante de gravitación universal

Hasta ahora, el valor de la constante de gravitación universal, constante física obtenida de forma empírica, que determina la intensidad de la fuerza de atracción gravitatoria entre los cuerpos, era 6,67384(80) x 10-11 m3 kg-1 s-2, pero científicos italianos la han establecido en 6,67191(99) x 10-11 m3 kg-1 s-2. Para obtener este nuevo valor han utilizado átomos enfriados con láser y técnicas cuánticas de medición.

Los estudiantes de física saben que el valor de la letra G que se usa en la ley de la gravitación universal de Newton, cuya fórmula es F=G m1m2/r2, se ajusta a 6,67384(80) x 10-11 m3 kg-1 s-2 (las unidades también pueden ser N m2 kg-2).

Sin embargo, un equipo de investigadores dirigidos desde la Universidad de Florencia (Italia) ha obtenido una medida ligeramente diferente. Según publican esta semana en la revista Nature, la diferencia encontrada constituye un resultado “muy importante” para avanzar hacia el establecimiento definitivo de un valor preciso absoluto de esta constante, un logro todavía pendiente.

Hasta ahora, se han hecho alrededor de 300 intentos para determinar G, la mayor parte de ellos mediante métodos de torsión similares a la balanza que utilizó Henry Cavendish en 1798, cuando calculó el valor mediante un experimento con una vara y dos esferas de plomo en sus extremos.

En las últimas décadas, aunque se ha ido incrementando la precisión de las mediciones, no se ha podido converger en un valor consistente y los resultados son discrepantes.

Sensor de gravedad formado por nubes de átomos

Esto sugiere la presencia de errores sistemáticos que todavía no se han identificado en los experimentos, aunque se piensa que están relacionados con las medidas de la atracción gravitacional entre masas macroscópicas.

En el nuevo trabajo, el equipo también ha utilizado un juego de masas macroscópicas como fuente del campo gravitatorio: cilindros de tungsteno de alrededor de 500 kilogramos.

Sin embargo, el sensor de gravedad se compone de dos nubes de átomos de rubidio enfriados con láser, que suben y bajan en diferentes trayectorias según la gravedad conjunta de la Tierra y los cilindros de tungsteno.

Este cuidadoso diseño experimental, junto a las medidas cuánticas y la consideración de las fuentes de error, ha permitido obtener G con una precisión de aproximadamente el 0,015%, un poco menos que con otras mediciones y ligeramente desviado de lo que recomienda el denominado Committee on Data for Science and Technology (CODATA). Aun así, lo que destacan los investigadores es el potencial de mejora que tiene la nueva técnica para llegar al valor definitivo.

¿Una constante "inconstante"?

Según explican los científicos en su artículo de Nature, las discrepancias en las mediciones de la constante gravitacional newtoniana G son debidas a "la debilidad de la interacción gravitatoria" a nivel atómico y molecular. En consecuencia, hay que estudiarla a nivel macroscópico también, una escala en la que la precisión total es complicada.

"Un experimento conceptualmente diferente como el nuestro ayuda a identificar los errores sistemáticos que se habían mostrado elusivos en experimentos previos, lo que aumenta la fiabilidad del valor de G obtenido".

El avance es importante "dado el papel clave que juega esta constante en la teoría de la gravitación, en cosmología, en física de partículas y en modelos astrofísicos y geofísicos", concluyen.

Referencia bibliográfica:

G. Rosi, F. Sorrentino, L. Cacciapuoti, M. Prevedelli, G. M. Tino. Precision measurement of the Newtonian gravitational constant using cold atoms. Nature (2014). DOI:10.1038/nature13433.