El estudio de la ley de la gravedad a distancias muy cortas es necesario para confirmar que la teoría de Newton/Einstein no necesita correcciones a dichas distancias (como «la corrección a la gravedad de Newton debida a las dimensiones extra del espaciotiempo,» predicha por la teoría ADD, de Arkani-Hamed, Dimopoulos y Dvali, propuesta en 1998 ). Hartmut Abele, de la Universidad Tecnológica de Viena, Austria, y sus colegas publican en Nature Physics un nuevo método para poner a prueba la gravedad a distancias inferiores a un micrómetro, la espectroscopia atómica con neutrones ultrafríos. Todavía no se ha logrado realizar dicha medida, sólo se ha presentado el análisis teórico detallado del método propuesto; aún así, la noticia ha aparecido en BBC News y ya se sabe, otros medios se han hecho eco. Todo parece indicar que el experimento propuesto es factible y podrá realizarse en uno o dos años. Habrá que estar al loro. El artículo técnico es T. Jenke, P. Geltenbort, H. Lemmel, H. Abele, «Realization of a gravity-resonance-spectroscopy technique,» Nature Physics, . Se han hecho eco del mismo muchos medios y blogs, como Joerg Heber, «Gravity weighs in on spectroscopy,»  All that matters, April 17, 2011; James Romero, «Dark matter and string theory? Super-cold neutrons could provide the answer,» ILL News, 17.04.2011; Florian Aigner, «Probing the Laws of Gravity: A Gravity Resonance Method,» Technische Universitat, Wien, 2011-04-18; Jason Palmer, «Neutrons could test Newton’s gravity and string theory,» BBC News, 18 April 2011; y Peter Woit, «This Week’s Hype,» Not Even Wrong, April 18, 2011.

El sistema consiste en medir de forma precisa las fases cuánticas de De Broglie que acoplan a una partícula (un neutrón) y un objeto macroscópico (un espejo) gracias una técnica de espectroscopia llamada método de Ramsey. Se parte de un haz delgado de neutrones ultrafríos producidos en el Instituto Laue-Langevin (ILL), en Grenoble, y preparados con una velocidad horizontal de v = 6.6 ± 0.7 m/s. Su velocidad transversal es muy pequeña (la energía cinética transversal es del orden de un peV o picoelectrónvoltio). El haz se hace pasar entre dos espejos planos separados por unos 20-25 µm. El espejo de arriba tiene una superficie rugosa que le permite absorber los neutrones que incidan en él. Sólo los neutrones con una energía cinética transversal capaz de superar la fuerza de la gravedad serán capaces de alcanzar dicho espejo. El espejo inferior sirve para confinar la función de onda de los neutrones. La mayoría de los neutrones tienen una energía transversal muy pequeña y atravesarán el sistema sin dejar huella. Su función de onda entre los dos espejos es una onda estacionaria. Para observar los neutrones absorbidos por el espejo superior se hace vibrar el espejo inferior a su frecuencia de resonancia.  Como resultado, la función de onda del haz de neutrones presenta dos estados cuánticos superpuestos, uno asociado a los neutrones que pasan sin más entre los dos espejos y otro asociado a los que son absorbidos. El resultado es una medida ultraprecisa de las propiedades de los neutrones absorbidos que permite verificar la teoría de la gravedad de Newton a escalas por debajo del micrómetro (según los autores se podrán alcanzar distancias entre 1 y 100 nm, aunque esto está todavía por ver).

Desde este blog deseo que este experimento pueda ser realizado y que se confirme su precisión conforme indican los resultados de las simulaciones por ordenador. Me temo que verificará la teoría de Newton (o Einstein), pero quien sabe, los físicos teóricos seguro que no pierden la esperanza de que se descubra alguna desviación. En resumen, aunque me parezca que todavía es pronto para lanzar las campanas al vuelo, me ha llamado la atención el artículo como propuesta teórica interesante.

PS: Relacionada con la gravedad y la teoría ADD recomiendo leer a Oscar, «El gran acto de desaparición de la gravedad,» Ciencia Kanija, 18 abr. 2011.