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Espectacular, leo publicado ayer en la prestigiosa Nature que unos físicos del Institute for Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) de Viena han sido capaces medir el campo gravitacional de una pequeña esfera de oro de tan solo 2 mm de diámetro: Measurement of gravitational coupling between millimetre-sized masses
Básicamente han usado un péndulo de torsión de forma similar al experimento de Cavendish, pero lo han realizado con una precisión sin precedentes. Una esfera de oro de 2 mm de diámetro que pesa 90 mg sirve como masa gravitacional. El péndulo de torsión consiste en una varilla de vidrio de 4 cm de largo y medio milímetro de espesor, suspendida de una fibra de vidrio de unas milésimas de milímetro de diámetro. Esferas de oro de tamaño similar están unidas a cada extremo de la varilla.
Se mueve la esfera de oro hacia adelante y hacia atrás, creando un campo gravitacional que cambia con el tiempo. Esto hace que el péndulo de torsión oscile a esa frecuencia de excitación particular. El movimiento, que es solo unas millonésimas de milímetro, se puede leer con la ayuda de un láser y permite sacar conclusiones sobre la fuerza.
La dificultad es mantener las otras influencias en el movimiento lo más pequeñas posible. El mayor efecto no gravitacional del experimento proviene de las vibraciones sísmicas generadas por los peatones y el tráfico de tranvías alrededor del laboratorio en Viena, por lo tanto, se obtuvieron los mejores datos de medición por la noche y durante las vacaciones de Navidad, cuando había poco tráfico. Otros efectos, como las fuerzas electrostáticas, pueden reducirse a niveles muy por debajo de la fuerza gravitacional mediante un escudo conductor entre las masas de oro.
Esto hizo posible determinar el campo gravitacional de un objeto que tiene aproximadamente la masa de una mariquita por primera vez. Como siguiente paso, se planea investigar la gravedad de masas miles de veces más livianas.
(a) Esquema del experimento. El péndulo de torsión, que actúa como transductor de la aceleración gravitacional, consiste en dos esferas de oro de r ≈ 1 mm sujetas a una distancia central de 40 mm por un capilar de vidrio. Una masa sirve como mt = 90,7 mg de masa de prueba, la otra como ma = 91,5 mg de contrapeso que proporciona el rechazo del modo común del ruido vibratorio. Una fibra de sílice de 4 µm de diámetro proporciona una resonancia torsional suave f0 ≈ 3,6 mHz bien separada de otros grados de libertad.
El ángulo de torsión se lee a través de una palanca óptica dirigida a un fotodiodo cuadrante. La interacción gravitacional se modula moviendo armónicamente la masa de la fuente ms = 92,1 mg en ≈ 3 mm a una frecuencia fmod = 12,7 mHz muy por encima de la resonancia de torsión utilizando un piezoeléctrico de cizallamiento.
El acoplamiento electrostático directo se suprime mediante la descarga y una pantalla de Faraday de 150 µm de espesor.
La posibilidad de medir campos gravitacionales de masas pequeñas y a distancias reducidas abre nuevas perspectivas para la investigación en física gravitacional: se podrían encontrar rastros de materia oscura o de energía oscura en el comportamiento de la gravedad. Los investigadores están particularmente interesados en la interfaz con la física cuántica: ¿se puede hacer la masa lo suficientemente pequeña como para que los efectos cuánticos desempeñen un papel? Sólo el tiempo dirá. Por ahora, todavía prevalece la fascinación por la teoría de la gravedad de Einstein: según Einstein, la fuerza gravitacional es una consecuencia del hecho de que las masas curvan el espacio-tiempo en el que se mueven otras masas. Entonces, lo que realmente estamos midiendo aquí es cómo una mariquita deforma el espacio-tiempo.
El pre-print de arxiv del artículo Measurement of Gravitational Coupling between Millimeter-Sized Masses
La fuente a nivel divulgación de la Universidad de Viena con el gracioso título de: How a ladybug warps space-time
Saludos
Básicamente han usado un péndulo de torsión de forma similar al experimento de Cavendish, pero lo han realizado con una precisión sin precedentes. Una esfera de oro de 2 mm de diámetro que pesa 90 mg sirve como masa gravitacional. El péndulo de torsión consiste en una varilla de vidrio de 4 cm de largo y medio milímetro de espesor, suspendida de una fibra de vidrio de unas milésimas de milímetro de diámetro. Esferas de oro de tamaño similar están unidas a cada extremo de la varilla.
Se mueve la esfera de oro hacia adelante y hacia atrás, creando un campo gravitacional que cambia con el tiempo. Esto hace que el péndulo de torsión oscile a esa frecuencia de excitación particular. El movimiento, que es solo unas millonésimas de milímetro, se puede leer con la ayuda de un láser y permite sacar conclusiones sobre la fuerza.
La dificultad es mantener las otras influencias en el movimiento lo más pequeñas posible. El mayor efecto no gravitacional del experimento proviene de las vibraciones sísmicas generadas por los peatones y el tráfico de tranvías alrededor del laboratorio en Viena, por lo tanto, se obtuvieron los mejores datos de medición por la noche y durante las vacaciones de Navidad, cuando había poco tráfico. Otros efectos, como las fuerzas electrostáticas, pueden reducirse a niveles muy por debajo de la fuerza gravitacional mediante un escudo conductor entre las masas de oro.
Esto hizo posible determinar el campo gravitacional de un objeto que tiene aproximadamente la masa de una mariquita por primera vez. Como siguiente paso, se planea investigar la gravedad de masas miles de veces más livianas.
(a) Esquema del experimento. El péndulo de torsión, que actúa como transductor de la aceleración gravitacional, consiste en dos esferas de oro de r ≈ 1 mm sujetas a una distancia central de 40 mm por un capilar de vidrio. Una masa sirve como mt = 90,7 mg de masa de prueba, la otra como ma = 91,5 mg de contrapeso que proporciona el rechazo del modo común del ruido vibratorio. Una fibra de sílice de 4 µm de diámetro proporciona una resonancia torsional suave f0 ≈ 3,6 mHz bien separada de otros grados de libertad.
El ángulo de torsión se lee a través de una palanca óptica dirigida a un fotodiodo cuadrante. La interacción gravitacional se modula moviendo armónicamente la masa de la fuente ms = 92,1 mg en ≈ 3 mm a una frecuencia fmod = 12,7 mHz muy por encima de la resonancia de torsión utilizando un piezoeléctrico de cizallamiento.
El acoplamiento electrostático directo se suprime mediante la descarga y una pantalla de Faraday de 150 µm de espesor.
La posibilidad de medir campos gravitacionales de masas pequeñas y a distancias reducidas abre nuevas perspectivas para la investigación en física gravitacional: se podrían encontrar rastros de materia oscura o de energía oscura en el comportamiento de la gravedad. Los investigadores están particularmente interesados en la interfaz con la física cuántica: ¿se puede hacer la masa lo suficientemente pequeña como para que los efectos cuánticos desempeñen un papel? Sólo el tiempo dirá. Por ahora, todavía prevalece la fascinación por la teoría de la gravedad de Einstein: según Einstein, la fuerza gravitacional es una consecuencia del hecho de que las masas curvan el espacio-tiempo en el que se mueven otras masas. Entonces, lo que realmente estamos midiendo aquí es cómo una mariquita deforma el espacio-tiempo.
El pre-print de arxiv del artículo Measurement of Gravitational Coupling between Millimeter-Sized Masses
La fuente a nivel divulgación de la Universidad de Viena con el gracioso título de: How a ladybug warps space-time
Saludos