En la Tierra, no podemos sentir tan fuerte el efecto de la gravedad cómo lo sería cerca de un agujero negro, sin embargo, todavía puede medirse. En ese sentido, un equipo de físicos ha establecido un nuevo récord al describir la influencia de nuestro planeta en el «tejido» del Universo. Los detalles del trabajo están disponibles el sitio de preimpresión arXiv.
Investigadores de JILA (un esfuerzo conjunto del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE.UU. y la Universidad de Colorado) utilizaron un reloj atómico especialmente diseñado para medir el tiempo de las ondas de luz separadas por 1 milímetro. Esto resultó en una diferencia equivalente a solo 0,76 millonésimas de una billonésima de un por ciento.
Dicha diferencia fue la consecuencia de algo llamado desplazamiento al rojo gravitacional. Este es un fenómeno causado por la influencia de la gravedad sobre la frecuencia de dos ondas idénticas en comparación entre sí.
Predicho por Einstein
La pequeña cifra ya había sido predicha por la teoría de la relatividad general de Einstein, la cual explica que el espacio y tiempo es en realidad una única hoja de cuatro dimensiones en la que se encuentra el Universo. Cada vez que algo con masa se hunde en él, el espacio-tiempo circundante cambia de forma.
El resultado significa que la longitud de un segundo, cerca de un objeto será distinta a si estuviese lejos de él. Las matemáticas son tan minuciosamente probadas que podemos predecir esta diferencia para distancias muy pequeñas incluso cuando la deformación gravitacional es tan leve como la de la Tierra.
Por otro lado, la mecánica cuántica es otra área de la física que se ha probado exhaustivamente. Una de sus implicaciones menos intuitivas es que a medida que limita una medida de un tipo, otras propiedades se vuelven fundamentalmente menos precisas.
Encontrando errores
Por más confiables que sean los dos campos de la física, no funcionan bien juntos. El tiempo no es tan central en la mecánica cuántica como lo es en la relatividad general, por ejemplo.
Más importante aún, esa hoja sin costuras de espacio-tiempo que se curva en la relatividad general sería un desastre a escalas cuánticas. Esto crearía una pesadilla para cualquiera que busque una manera de combinar las dos ideas.
Lo que necesitamos es una indicación de la falla de cualquiera de las teorías, para así encontrar dónde fracasan nuestras predicciones.
El experimento
En el nuevo estudio, los investigadores utilizaron un nuevo tipo de cavidad para mejorar la potencia del experimento. Lograron disminuir la densidad atómica en un orden de magnitud, reduciendo la altura de centímetros a unos cuantos milímetros.
En esta cámara lanzaron 100.000 átomos de estroncio, los cuales forzaron a un punto muerto virtual al eliminar la mayor cantidad de calor posible. Luego midieron la luz emitida desde la parte superior e inferior de la pila de átomos y corrigieron cualquier efecto que no fuera de naturaleza gravitacional. Después de 92 horas, tenían un promedio más o menos similar al resultado esperado si la relatividad general fuera cierta.
El grado de diferencia entre las emisiones con desplazamiento al rojo gravitacional fue tan pequeño que establece un récord a la diferencia que conseguimos detectar. Nos da una medida del fenómeno casi 100 veces más precisa que cualquier otra cosa lograda en el pasado.