Física de vanguardia

La gravedad manifiesta el efecto cuántico de "sentir" la influencia de los campos magnéticos

Consiguen medir la curvatura del espacio a través de la dilatación del tiempo

Creación artística de ondas gravitacionales generadas por estrellas de neutrones binarias.

Creación artística de ondas gravitacionales generadas por estrellas de neutrones binarias. / R. Hurt/Caltech-JPL

Eduardo Martínez de la Fe

Una nueva investigación ha conseguido medir la interacción gravitatoria utilizando los efectos de la dilatación del tiempo y demostrado que la gravedad manifiesta el efecto cuántico de "sentir" la influencia de los campos magnéticos. Un impulso a la física fundamental.

La teoría de la relatividad general de Albert Einstein sostiene que los objetos masivos provocan una distorsión en el espacio-tiempo, que se siente como gravedad.

La gravedad, por lo tanto, es una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo. Eso significa que el espacio se curva en presencia de masas considerables como planetas, estrellas o galaxias.

Por este motivo, los relojes que se mueven a diferentes velocidades, o que están ubicados en diferentes regiones de un campo gravitatorio, marchan a diferentes velocidades, lo que indica que el movimiento a través del espacio crea alteraciones en el flujo del tiempo.

Este flujo variable del tiempo es un fenómeno conocido como dilatación relativista del tiempo y se ha demostrado, incluso, en relojes atómicos, que para medir el paso del tiempo utilizan una frecuencia de resonancia atómica.

Curvatura espacio-temporal

Pues hasta estos relojes atómicos, los más precisos conocidos, reflejan la dilatación del tiempo predicha por la relatividad general:

muestran tiempos diferentes si se colocan a diferentes altitudes.

Y aunque las variaciones de tiempo detectadas en estos relojes son extremadamente pequeñas, con diferencias que se miden en nanosegundos, su evidencia es incontestable.

Hasta ahora se han conseguido mediciones cada vez más precisas de estos efectos de la gravedad usando átomos, pero una nueva investigación de la Universidad de Stanford ha ido más lejos: ha conseguido medir la curvatura del espacio-tiempo usando la dilatación del tiempo.

Los autores de esta investigación partieron de la base de que, en condiciones adecuadas, la dilatación del tiempo puede afectar a la fase de oscilación de las ondas cuánticas y dar lugar a un efecto medible en los experimentos.

Comprobado

Y lo comprobaron: consiguieron medir la curvatura del espacio-tiempo a través del aumento de la velocidad o de la fuerza gravitacional en unos átomos, provocado por la dilatación del tiempo.

Para ello crearon un tubo de vacío de 10 metros de altura con un anillo en la parte superior que desempeñó en el experimento el mismo papel que representa un objeto masivo en el espacio.

El anillo fue bombardeado por una serie de átomos en un conjunto de experimentos sucesivos y mostraron que, en esas condiciones, el tiempo pasa más lentamente cerca del objeto masivo representado en el tubo del experimento.

La experiencia puso de manifiesto también algo mucho más relevante: que el campo gravitatorio del tubo (llamado fuente atómica) no es completamente uniforme, lo que permitió a los investigadores obtener la medida precisa de los cambios que experimenta debido a la curvatura del espacio-tiempo.

Gravedad y mecánica cuántica

El experimento viene a demostrar también que no solo las partículas elementales pueden "sentir" la influencia de campos magnéticos con los que nunca entran en contacto directo, sino que este extraño efecto cuántico se aplica también a la gravedad, destaca al respecto la revista ScienceNews.

Asimismo señala que este experimento representa un avance para conciliar la relatividad general y la mecánica cuántica, ya que lo que ha hecho es probar la gravedad a través de un sensor cuántico, lo que representa uno de los desafíos más importantes para la física actual.

Aplicaciones prometedoras

Este resultado, según los investigadores, además de su importancia para la física fundamental, propiciará mediciones más precisas de la constante gravitacional de Newton.

La constante gravitacional aparece tanto en la ley de gravitación universal de Newton como en la teoría general de la relatividad de Einstein, por lo que el resultado obtenido en esta investigación traerá consigo innovaciones tecnológicas en la medición del tiempo relativista, según los investigadores.

Los autores de esta investigación pretenden utilizar la técnica utilizada en este experimento para medir mejor la constante gravitatoria de Newton, que es la menos se conoce de las constantes fundamentales de la naturaleza.

Referencias

Observation of a gravitational Aharonov-Bohm effect. Chris Overstreet et al. Science, 13 Jan 2022, Vol 375, Issue 6577, pp. 226-229. DOI: 10.1126/science.abl7152

Quantum probe of space-time curvature. Albert Roura, Science, 13 Jan 2022,  Vol 375, Issue 6577, pp. 142-143. DOI:10.1126/science.abm6854