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¿Hacia una teoría de la gravedad en el nivel subatómico de la materia?

Un equipo de científicos de la ESA ha conseguido por primera vez generar un campo gravitatorio en un laboratorio, y medirlo. El descubrimiento es de gran importancia, porque podría abrir la puerta a una nueva explicación del funcionamiento de la gravedad en el nivel cuántico o subatómico de la materia. Por Yaiza Martínez.

¿Hacia una teoría de la gravedad en el nivel subatómico de la materia?

Medir un campo gravitatorio generado artificialmente es algo que los físicos no habían conseguido hasta la fecha. Ahora, un equipo de investigadores auspiciado por la Agencia Espacial Europea (ESA) parece haber logrado ese objetivo en un laboratorio.

Para poder entender lo que es un campo gravitatorio, podemos decir que el giro alrededor de una estrella cualquiera por parte de los planetas que la circundan no es un giro aleatorio, sino que está sometido a una acción a distancia que proviene de esa misma estrella.

Esto es debido a la perturbación que la estrella genera en un espacio circundante, que provoca que, cuando un planeta se sitúa en el campo de acción de la estrella, sea atraído hacia ella. A la perturbación la llamamos “campo”, y a la fuerza de atracción que la estrella genera, gravedad. La gravedad, en el caso del sol, por ejemplo, se extiende a través de millones de kilómetros en el espacio.

El estudio de la gravedad puede realizarse a niveles macroscópicos, sin embargo, con la aparición de la física cuántica – que estudia las propiedades de la materia a nivel subatómico- en el siglo XX, se descubrió que los llamados cuantos o partículas que componen los átomos no seguían las mismas leyes gravitacionales que los objetos que tenemos a la vista.

La importancia de la medición
Lo que han conseguido los científicos Martin Tajmar, del Institute of LightWeight Design and Structural Biomechanics, de la universidad de Viena austriaco, y Clovis de Matos, de la ESA, es medir, por tanto, por primera vez en laboratorio, un campo gravitacional equivalente a un campo magnético, según publica la ESA.

A través de estas mediciones, los investigadores han comprobado que, en ciertas condiciones especiales, el efecto de este campo gravitatorio es mucho mayor de lo que cabría esperar si se tienen en cuenta las leyes de la relatividad general, y este desfase entre la realidad y lo esperado podría significar un paso muy importante hacia la resolución de una cuestión que los físicos han intentado resolver sin éxito en las últimas décadas: con qué leyes se rige el funcionamiento de la gravedad en el nivel cuántico.

Se suponía que, si el movimiento de cargas eléctricas genera un campo magnético, el movimiento de masas debía generar un campo electromagnético. Según la Teoría General de la Relatividad de Einstein, el efecto de este movimiento de masas debería ser prácticamente insignificante. Sin embargo, Tajmar, de Matos y sus colegas han conseguido cuantificarlo.

Cómo se ha hecho
El experimento fue realizado con un anillo de un material superconductor que rotaba unas 6.500 veces por minuto. La superconductividad es la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica con resistencia y pérdida de energía cercanas a cero en determinadas condiciones. Hacer girar un superconductor produce un campo magnético leve, al que se denomina momento “London”.

Con sensores situados en diferentes sitios cerca del superconductor, que fue acelerado lo suficientemente como para que el efecto fuera notable, se registró una aceleración del campo exterior al superconductor, parece ser producida por el gravitomagnetismo. Esto demuestra que un superconductor que gire puede generar un poderoso campo gravitacional, que supondría la contraparte del campo magnético también generado.

De confirmarse este primer resultado, el efecto podría servir para la creación de un nuevo sector tecnológico, que tendría numerosas aplicaciones en tecnología espacial y en otras. El campo generado sorprendió porque fue 100 millones de trillones de veces mayor de lo que la teoría de la Relatividad General de Einstein predecía.

En total se hicieron más de 250 pruebas, durante tres años, por lo que los resultados son fiables, aseguran los científicos. Estos resultados podrían resumirse en el descubrimiento de un campo de aceleración aparecido como consecuencia de la aceleración angular de un superconductor, la emisión de un campo gravitacional por el superconductor que seguiría unas leyes de propagación e inducción similares a las del electromagnetismo, la observación de máximos niveles gravitacionales cuando el superconductor pasaba el punto crítico de temperatura durante la rotación y, por primera vez, la cuantificación de campos gravitacionales y gravitomagnéticos de magnitud mesurable en un laboratorio.

http://arxiv.org/ftp/cond-mat/papers/0602/0602591.pdf

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http://www.astroseti.org/vernew.php?codigo=2061

¿Hacia una nueva prueba de la relatividad general?

Científicos de la Agencia Espacial Europea (ESA) han medido el equivalente gravitatorio de un campo magnético por primera vez en laboratorio. Bajo ciertas condiciones especiales, el efecto es mucho mayor de lo esperado a partir de la relatividad general y podría ayudar a los físicos a dar un paso significativo hacia la largamente esperada teoría cuántica de la gravedad.

Del mismo modo que una carga eléctrica en movimiento crea un campo magnético, una masa en movimiento genera un campo gravitomagnético. Según la teoría general de la relatividad de Einstein, el efecto es practicamente despreciable. Sin embargo, Martin Tajmar, del ARC Seibersdorf Research GmbH, en Austria; Clovis de Matos, de las oficinas centrales de la ESA, en París; y varios colaboradores más, han medido el efecto en laboratorio.

Su experimento implica el uso de un anillo de material superconductor que gira a 6500 revoluciones por minuto. Los superconductores son materiales especiales que pierden toda su resistencia eléctrica por debajo de cierta temperatura. Los superconductores que giran producen un débil campo magnético, el llamado momento de London. Los nuevos experimentos prueban una conjetura hecha por Tajmar y de Matos que explica la diferencia entre las medidas de alta precisión de las masas de los pares de Cooper (los portadores de carga en los superconductores) y su predicción según la teoría cuántica. Han descubierto que esta anomalía podría ser explicada por la aparición de un campo gravitomagnético en el superconductor en rotación. (Este efecto ha sido denominado “momento gravitomagnético de London”, por analogía con su contrapartida magnética).

Pequeños sensores de aceleración situados en diferentes posiciones cercanas al superconductor en rotación, que tuvo que ser acelerado para que el efecto fuese apreciable, registraron un campo de aceleración fuera del superconductor que parece ser producido por gravitomagnetismo. “Este experimento es el análogo gravitatorio del experimento de inducción electromagnética de Faraday de 1831.

Demuestra que un giroscopio superconductor es capaz de generar un campo gravitomagnético poderoso, y es por tanto la contrapartida gravitatoria de la espiral magnética. Dependiendo de su confirmación posterior, este efecto podría ser la base de un nuevo dominio tecnológico, que tendría numerosas aplicaciones en el espacio y en otros sectores de alta tecnología”, dice de Matos. Aunque con apenas 100 millonésimas de la aceleración producida por el campo gravitatorio de la Tierra, el campo medido es sorprendentemente unos 100 millones de billones de veces mayor que lo que predice la relatividad general de Einstein. Al principio los investigadores eran reacios a creer en sus propios resultados.

Inducción gravitomagnética de campos gravitatorios

“Llevamos a cabo más de 250 experimentos, mejorado los instrumentos durante 3 años y discutido sobre la validez de los resultados durante 8 meses antes de hacer este anuncio. Ahora confiamos en nuestras medidas”, dice Tajmar, que llevó a cabo los experimentos y espera que otros físicos lleven a cabo sus propias versiones del experimento para verificar el hallazgo y descartar errores sistemáticos.

Al mismo tiempo que la evaluación experimental de su conjetura, Tajmar y de Matos también elaboraron un modelo teórico más refinado del momento gravitomagnético de London. Buscaron su inspiración en la superconductividad. Las propiedades electromagnéticas de los superconductores son explicadas por la teoría cuántica asumiendo que las partículas portadoras de fuerza, denominadas fotones, ganan masa. Suponiendo que las partículas gravitatorias portadoras de fuerza, denominadas gravitones, se hacen más pesadas, encontraron que se podía modelar la inesperadamente grande fuerza gravitomagnética.

“Si se confirmase, sería un gran avance”, dice Tajmar, “permite una nueva manera de estudiar la relatividad general y sus consecuencias en el mundo cuántico”.

Los resultados fueron presentados en una conferencia de un único día en el Centro de Investigación Europeo del Espacio y la Tecnología (ESTEC), en los Países Bajos, el 21 de marzo de 2006. Se están considerando dos artículos en los que se detalla el trabajo para su publicación. Los artículos pueden verse en línea en el servidor de preimpresión de Los Alamos usando las referencias gr-qc/0603033 y gr-qc/0603032.

Yaiza Martinez

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