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1 de Mayo de 2016
Metrología

El problema de la constante de la gravitación universal

Los distintos experimentos para determinar esta constante fundamental de la naturaleza arrojan valores incompatibles entre sí. En los próximos años, los expertos intentarán zanjar la cuestión.

Diagrama de la balanza de torsión empleada en 1798 por Henry Cavendish para medir la atracción gravitatoria entre dos masas de laboratorio. [DE: «EXPERIMENTS TO DETERMINE THE DENSITY OF THE EARTH», HENRY CAVENDISH EN PHILOSOPHICAL TRANSACTIONS OF THE ROYAL SOCIETY OF LONDON, VOL. 88, PÁGS. 469-526, JUNIO DE 1798 (dominio público)]

En los últimos años se han efectuado ocho mediciones de la constante de la gravitación universal, también conocida como G o como constante de Newton. Aunque casi todos los resultados han arrojado incertidumbres de unas 20 partes por millón (ppm), el conjunto de valores presenta una dispersión de 400 ppm. En dos encuentros celebrados en 2014, uno en la Real Sociedad británica y otro en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) estadounidense, se acordó una propuesta para resolver este incómodo problema. Pero antes, comencemos recordando su historia.

Henry Cavendish fue el primero que logró medir la atracción gravitatoria entre dos masas de laboratorio. En su célebre trabajo de 1798, demostró cómo usar una balanza de torsión para «pesar la Tierra» o, como diríamos hoy, determinar el valor de G. (La constante de acoplamiento G no fue introducida explícitamente hasta finales del siglo XIX.) Cavendish era un magnífico experimentador: hoy se estima que su resultado apenas se desvió un 1 por ciento del valor real. Desde entonces, la mayoría de las mediciones de G se han llevado a cabo con balanzas de torsión, ya que estas proporcionan un desacoplamiento casi perfecto entre el peso de las masas y la diminuta atracción gravitatoria horizontal que estas se ejercen entre sí (un factor que supera con facilidad la cantidad de 109).

En 1986, en su evaluación de las constantes fundamentales de la naturaleza, el Comité de Datos para la Ciencia y la Tecnología (CODATA) cifró la incertidumbre de G en 14 ppm, para lo cual empleó como base un valor obtenido en 1982 por la Oficina Nacional de Estándares estadounidense (el NIST actual). Sin embargo, en 1995 la Institución Federal Físico-Técnica Alemana (PTB, el instituto nacional de metrología del país) publicó un nuevo valor que, con una incertidumbre inferior a 100 ppm, se alejaba en un pasmoso 0,64 por ciento del establecido por el CODATA.

Para cuando se descubrió el error en el resultado del PTB, ya había comenzado una febril actividad para determinar el verdadero valor de G. La mayoría de los métodos se basaban en balanzas de torsión de diferentes diseños, incluida una enfriada a la temperatura del helio líquido. Otros emplearon péndulos suspendidos, una versión de laboratorio de un método concebido por Cavendish pero llevado a la práctica en 1774 por Nevil Maskelyne, quien midió la desviación con respecto a la vertical de un péndulo colgante cerca del monte Schiehallion, en Escocia. Otro experimento determinó la diferencia en el peso de una masa patrón situada justo debajo y justo encima de 13 toneladas de mercurio. Por último, una técnica reciente, basada en interferometría de átomos que caen en un campo gravitatorio conocido, aún no ha alcanzado el nivel de precisión de los intentos precedentes.

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