NeoFronteras

Comprobar el principio de equivalencia

Área: Física — Miércoles, 13 de mayo de 2009

Proponen el lanzamiento para 2013 de un microsatélite especialmente diseñado para comprobar el principio de equivalencia.

Foto
Proyecto Microscope. Foto: CNES / PTB.

En Física siempre se ha asumido que la masa inercial y la masa pesante es la misma. Así lo hicieron Galileo Galilei, Newton o incluso Einstein, cuya Relatividad General descansa fuertemente en este principio de equivalencia. Sin embargo, algunas teorías modernas, como la de supercuerdas, proponen que la masa inercial y la pesante pueden diferir muy ligeramente.
Cuando un estudiante resuelve por ejemplo un problema de poleas puede utilizar la típica receta de suma de fuerzas igual a masa “m” por aceleración “a”. Esta “m” sería la masa inercial y en el otro lado probablemente haya un término “mg” que da cuenta de la fuerza que ejerce la aceleración de la gravedad sobre una masa “m”, esta masa sería masa pesante. Siempre se asumen que es el mismo tipo de masa. Y esto es algo en lo que la gente con formación no suele reparar.
El principio de equivalencia se ha comprobado experimentalmente reiteradas veces. El grupo de Eöt-Wash, por ejemplo, hizo unos experimentos en los años ochenta con balanzas de torsión en los que comprobó que la masa inercial y la masa pesante difieren en menos de una parte en un billón. Ahora un grupo franco-alemán de investigadores quiere comprobar el principio de equivalencia con una precisión sin precedentes utilizando un satélite diseñado especialmente para este cometido. De momento denominan a este proyecto “Microscope”.
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ha desarrollado los métodos de manufactura y medida para comprobar masas que se necesitan en experimentos de aceleración en órbitas bajas y ya ha construido las primeras piezas de prueba.
El espacio es un sitio ideal para este tipo de medidas pues en la superficie terrestre es imposible hacerlo con tanta precisión. Por eso, la agencia espacial francesa propone para 2013 un microsatélite en órbita baja que realice experimentos de aceleración para distintas masas. El dispositivo principal consistiría en un par de cilindros concéntricos anidados (ver imagen) que flotarían dentro del satélite en cuestión y que estarían en equilibrio entre la fuerza de gravedad terrestre (que actúa sobre la masa pesante del cilindro) y la fuerza centrífuga (que actúa sobre la masa inercial del mismo). Si el satélite es acelerado adecuadamente entonces el equilibrio de fuerzas se anula. Para hacernos una idea del tamaño se puede mencionar que el cilindro externo mediría 80 mm de largo por 60 mm de diámetro interno. Su superficie debe de estar pulimentada hasta una precisión de 0,2 micras.
La validación de estos experimentos de aceleración depende decisivamente de la calidad las masas empleadas. Sólo si la masa, forma, densidad y dilatación térmica de los cilindros son muy bien conocidas será entonces posible medir pequeñas diferencias entre la masa inercial y pesante con precisión.
En PTB ya han conseguido desarrollar procesos de manufactura para masas de prueba. Éstas están hechas de aleaciones especiales de titanio y de rodio-paladio. Las desviaciones en forma y dimensiones en las tres dimensiones espaciales de estas masas están en torno a la micra de precisión. Esto representa un desafío tecnológico tan enorme que prácticamente se alcanzan los límites teóricos de la maquinaría empleada para su confección.
Los prototipos obtenidos se están ya comprobando tanto el los laboratorios del propio PTB como en el centro de tecnología espacial aplicada de Bremen. Después de esta evaluación PTB fabricará las masas definitivas que portará el microsatélite.
Sólo añadir que descubrir que no se cumple el principio de equivalencia sería una sorpresa enorme y que lo más probable es que el principio resista este experimento, consiguiéndose, eso sí, una nueva cota en la precisión. Será entonces interesante saber qué dicen los físicos teóricos al respecto.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa de Physikalisch-Technische Bundesanstalt.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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7 Comentarios

  1. lluís:

    A mi ya me resulta un tanto extraño eso de que un cuerpo en caída libre, según el principio de equivalencia sea un sistema inercial y con Newton, no. Bien, ya sé que con Einstein la gravedad no es una fuerza como lo es con Newton. Aunque cuesta verlo si arrojas una manzana por la ventana (es sólo un ejemplo). En general todo lo relacionado con la gravedad es bastante extraño, al menos, para mí, y creo que para la mayoría de físicos (o matemáticos). Ahí está el magnífico (que gran trabajo) artículo “Actualidad Gravitatoria” que he leído tres o cuatro veces, y no me canso porque da mucho que pensar.

  2. lluís:

    Lo siento. Me estoy partiendo de risa con el chiste del dibujante habitual. Aunque no debería reírme. Sabemos de lugares dónde la cosa no es muy diferente.

  3. NeoFronteras:

    Estimado Lluís:
    Ante todo gracias.
    Es verdad que la gravedad es de lo más misteriosa y como sigamos así habría que sacar un “Actualidad gravitatoria” cada mes. Hay resultados teóricos la mar de sorprendentes. Dos teorías diferentes, por ejemplo llegan a la conclusión de que el espacio-tiempo tiene dimensión fractal a la escala de Planck. Una de ellas predice las dimensiones espaciales y el modelo de De Sitter a partir de elementos espacio-temporales simples. En fin, falta de tiempo para poder escribir más… Y todavía debo el artículo sobre el tiempo.

    En cuanto al chiste la situación en la universidad española no se puede contar aquí. Se acerca bastante a la viñeta, sólo que aquí es ya con salsa boloñesa. Un alumno mandaba un email a su profesor que empezaba así: “Ola profesor, soi alumno…” Una pena. Y lo peor es que los políticos utilizan la educación como arma arrojadiza en lugar de solucionar la situación. Nos acercamos asintóticamente hacia una situación máxima en la que todo el mundo sea analfabeto y a la vez graduado universitario.

  4. lluís:

    Ni más ni menos. Graduados universitarios analfabetos. Triste futuro. Lamento la falta de tiempo, por que uno espera con deleite esos artículos sobre el tiempo y si pudiera ser algo sobre la fractalidad del espacio-tiempo en la escala de Planck y el de De Sitter a partir de elementos espacio-temporales simples. Suena muy bien todo esto.

  5. ezeqdb:

    Buenos días Neo, hacía mucho que no pasaba a comentar, pero leí este post y simplemente no lo podía creer..
    Cómo es posible que algo tan raro y sorprendente no sea tan mediático como lo son la materia y la energía oscura, o la anomalía pioneer.
    Jamás había escuchado ni un atisbo de que se dudaba de que la masa inercial y pesante podían diferir, de hecho jamás se me ocurrió dudar al respecto, fui instruido como si fuese lo mismo, bueno al parecer todos lo fuimos.
    Pero siempre uno ve por Discovery Channel o en la blogósfera de universos de varias dimensiones, teorías de cuerdas y extraña fauna espacial, que aunque no entendamos un comino, al menos hemos escuchado al respecto..

  6. NeoFronteras:

    Estimado ezeqdb:
    Esto del principio de equivalencia se viene estudiando o comprobando desde hace décadas. Si se piensa bien la cantidad de materia no tendría por qué reaccionar igual frente a la aceleración de gravedad que frente a otro tipo de aceleración. Lo sorprendente es que así suceda.

  7. NeoFronteras:

    Estimado lluís:
    Se intentará escribir algo al respecto.

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