Resultados que ponen a prueba con muy alta precisión la teoría gravitacional de Einstein

Resultados que ponen a prueba con muy alta precisión la teoría gravitacional de Einstein

El grupo de trabajo de Steve Chu en la universidad de Stanford publicó a principios de del 2010 resultados que ponen a prueba con muy alta precisión la teoría gravitacional de Einstein usando uno de los más sorprendentes comportamientos en la Naturaleza ( y parte fundamental de la mecánica cuántica): la dualidad onda-partícula de la materia. El experimento de Steve Chu (quizás mejor conocido como el actual secretario de energía de los Estados Unidos de Norteamérica y premio Nobel de física de 1997) consiste en la manipulación y detección de átomos ultrafríos de cesio en una cámara de muy alto vacío. El cesio es el miembro estable más pesado de la familia I-A de la tabla periódica, como el hidrógeno y por lo tanto comparte propiedades químicas con el explosivo sodio que se usa en las demostraciones de los laboratorios de química en la secundaria y preparatoria). 


En el experimento de Steve Chu y colaboradores, átomos ultrafríos de cesio son “pateados” por un haz láser sintonizado a un cierto color que forma un “chorrito” de átomos viajando en cierta dirección. Algunas fracciones de segundo más tarde, el mismo haz láser vuelve a “patear” los átomos formando ahora dos “chorros” de átomos. Finalmente, otro haz de láser, vuelve a “patear” uno de los “chorros” de tal manera que se vuelve a juntar con su otra mitad. Cuando las dos “ramas ” o “flujos” de átomos se reúnen se observa un fenómeno de interferencia debido a que los átomos se comportan no como materia sino como una onda. 

En palabras más técnicas, los átomos son descritos adecuadamente por una frecuencia y un volumen o intensidad, justo como el sonido o la luz. El hecho de que la materia se comporte así no es nada nuevo. Grandes debates sobre el porqué y el cómo de este fenómeno ocuparon las mentes de grandes físicos de la primera mitad del siglo XX. Lo que fue en su momento una herejía (el comportamiento ondulatorio de la materia) ahora es un dogma que se comprueba diariamente en diversos laboratorios alrededor del mundo. 

Una forma de entender las grandes ventajas de esta medición y cómo involucra el comportamiento ondulatorio de la materia es la siguiente: Supongamos que un chorro de átomos representa una nota musical y el otro chorro otra nota. Si uno escucha cada una de las notas por separado es muy difícil (a menos que uno esté entrenado) saber cuáles son. Lo que sí puede hacer todo mundo es saber si las notas son diferentes con una gran precisión. Es mas fácil distinguir un do y un si tocados simultáneamente que saber si una nota cualquiera es un re. 


De la misma manera este experimento compara la frecuencia de las dos ramas de átomos ultrafríos (gracias a su comportamiento cuántico) y trata de distinguir si ocurrió un cambio en la frecuencia de alguna rama. Los cambios en la frecuencia se pueden atribuir a diversos factores como campos magnéticos, campos eléctricos, ruido electrónico, etcétera. La gran ventaja de este experimento es que cancela gran cantidad de factores que contaminan la medición y observa una diferencia en frecuencias que tiene gran relevancia física. 

La diferencia en frecuencias que se registra se debe a la deformación del espacio-tiempo por la masa de la Tierra. Los dos “chorros” de átomos de cesio viajan por rutas diferentes experimentando las “arrugas” del espacio-tiempo. La teoría de gravitación de Einstein predijo este fenómeno hace poco menos de cien años pero la corroboración experimental siempre ha sido muy difícil debido a la complejidad técnica y precisión experimental que se necesita. En pocas palabras, el resultado es muestra impresionante de la destreza de este grupo así como un bello ejemplo del gran hilo unificador que corre por toda la física. 

Es importante recalcar, para finalizar, la elegancia implícita en este experimento. Muchas de las técnicas usadas sólo pudieron ser desarrolladas y perfeccionadas en los últimos 30 años. Como prueba de la importancia de éstas, una serie de premios Nobel han sido otorgados en los últimos 15 años (entre ellos uno para Steve Chu) por resultados experimentales derivados de ellas. Estas técnicas no son del todo ajenas a la vida cotidiana ya que se han infiltrado en la vida diaria en muy poco tiempo, como el GPS y los relojes atómicos (que no tienen nada que ver con la energía nuclear sino cómo se define internacionalmente el segundo) que uno compra ahora en cualquier tienda.



Por: Adrián Pérez Galván
Fuente: La Jornada 
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