Una vez más, Einstein tenía razón. Un principio central de la teoría general de la relatividad acaba de pasar su prueba más estricta hasta el momento. Los estudios fueron publicados en Physical Review Letters y en un número especial de Classical and Quantum Gravity.
El informe describe los resultados finales de la misión MICROSCOPE, un satélite que orbita la Tierra y que probó el principio midiendo las aceleraciones de objetos en caída libre. El equipo descubrió que las aceleraciones de pares de objetos diferían en no más de una parte en 1015. Esto descartó cualquier violación del principio de equivalencia débil.
La teoría de la relatividad general, publicada por Albert Einstein, describe cómo funciona la gravedad y su relación con el tiempo y el espacio. Pero debido a que no tiene en cuenta las observaciones de los fenómenos cuánticos, los investigadores buscan desviaciones de la teoría.
Tales violaciones sugerirían nuevas interacciones o fuerzas que podrían unir la relatividad con la física cuántica. Probar el principio de equivalencia débil (WEP por sus siglas en inglés) es una forma de buscar expansiones potenciales a la relatividad general.
Según la WEP, los objetos en un campo gravitatorio caen de la misma manera cuando no actúan sobre ellos otras fuerzas, aunque tengan diferente masa. Esto se demostró en 1971 cuando el astronauta Dave Scott dejó caer un martillo y una pluma simultáneamente desde una misma altura en la Luna.
El experimento
Ahora, para probar el principio, el equipo de MICROSCOPE diseñó su experimento para medir la relación Eötvös. Ésta relaciona las aceleraciones de dos objetos en caída libre, con una precisión extremadamente alta. Si la aceleración de un objeto difiere de la del otro en más de una parte en 1015, el experimento la mediría y detectaría la violación de la WEP.
Para medir la relación, los científicos monitorearon las aceleraciones de masas de prueba de aleaciones de platino y titanio mientras orbitaban la Tierra. El instrumento experimental utilizó fuerzas electrostáticas para mantener pares de masas de prueba en la misma posición entre sí. Además, buscó diferencias potenciales en estas fuerzas, lo que indicaría diferencias en las aceleraciones de los objetos.
Un desafío importante fue encontrar formas de probar el instrumento en la Tierra para asegurarse de que funcionara como se diseñó en el espacio. “La dificultad es que el instrumento que lanzamos no puede operar en tierra”, dijo Manuel Rodrigues, del laboratorio aeroespacial ONERA y miembro del equipo MICROSCOPE.
Una vez que el instrumento estuvo listo, fue lanzado en 2016 y los resultados preliminares se publicaron en 2017. Sin embargo, continuaron analizando los datos, teniendo en cuenta las fallas y las incertidumbres sistemáticas, luego de terminada la misión en 2018. Finalmente, no observaron ninguna violación de la WEP.
Importancia
El trabajo del equipo allana el camino para pruebas aún más precisas de WEP con experimentos satelitales. Por ejemplo, reducir las grietas en el revestimiento de los satélites, las cuales afectan las mediciones de aceleración y reemplazar los cables en la configuración con dispositivos sin contacto.
Un experimento satelital que implemente estas actualizaciones debería poder medir posibles violaciones de WEP al nivel de una parte en 1017, afirman los autores. Aun así, los resultados de MICROSCOPE probablemente seguirán siendo las restricciones más precisas en WEP por un tiempo.
