¿La gravedad trata a todos por igual?

Aquí hay algo que te va a volar la cabeza: si dejas caer una bola de boliche y una pluma en el vacío, llegan al suelo al mismo tiempo. Galileo lo descubrió hace siglos. Einstein basó toda su teoría de la gravedad en esta idea. La llamó principio de equivalencia, y es básicamente la columna vertebral de cómo entendemos el universo.

Pero hay un detalle. Solo lo hemos probado con materia "normal". Protones, neutrones, electrones. Todo lo que puedes ver y tocar.

¿Qué pasa con los primos pesados y raros de estas partículas que también existen en la naturaleza? ¿Caen igual?

Eso es exactamente lo que quiere descubrir un equipo del ETH Zurich y el Instituto Paul Scherrer en Suiza. Y van a usar una de las partículas más Extrañas del universo para hacerlo.

Conoce al muón

Te presento al muón. Piensa en él como el primo gordo del electrón. Es básicamente igual al electrón en todo, excepto que pesa unas 200 veces más. Y aquí es donde la cosa se pone interesante: los físicos no tienen ni idea de por qué existen estas generaciones más pesadas de partículas.

El Modelo Estándar, nuestra mejor teoría sobre cómo funcionan las partículas, describe tres generaciones de materia. Primera generación: los conocidos protones, neutrones y electrones. Segunda generación: muones y sus compañeros. Tercera generación: cosas aún más pesadas llamadas partículas tau.

¿Pero por qué tenemos estas generaciones extra? ¿Y por qué exactamente tres? Como dice la física Anna Soter.

Buena pregunta, ¿verdad? No lo sabemos. Y ese misterio llevó al equipo a preguntarse: tal vez estas partículas pesadas no responden a la gravedad de la misma manera que sus primos ligeros. Tal vez hemos asumido algo incorrecto todo este tiempo.

El problema de probar la gravedad con muones

¿Quieres saber si los muones caen a la misma velocidad que los electrones? Simple, ¿no? Solo suelta unos muones y observa qué pasa.

Si solo fuera tan fácil.

Primer problema: los muones son antisociales. Solo viven unos 2,2 microsegundos antes de convertirse en otras partículas. Eso es 0,0000022 segundos. No puedes hacer un experimento de caída tranquilo con algo que desaparece tan rápido.

Segundo problema: si intentaras usar un muón cargado, cualquier campo electromagnético random te fastidiaría la medición. La gravedad es débil, ¿recuerdas? Se deja dominar fácilmente.

La solución: crear muonio.

Construyendo el átomo más raro del mundo

Muonio suena a algo de ciencia ficción, pero es real. Toma un antimuón con carga positiva (la antipartícula del muón) y combínalo con un electrón con carga negativa. ¿Qué obtienes?

Un átomo neutro que es básicamente un híbrido de materia y antimateria.

Neutral es la palabra clave aquí porque significa que los campos electromagnéticos no interfieren con la medición de gravedad. Y como el muonio es eléctricamente neutral, el equipo puede observar cómo cae.

Pero sigue habiendo el problema de la velocidad. Los métodos tradicionales producían átomos de muonio disparándose en todas direcciones a velocidades aleatorias. Inútiles para mediciones precisas.

El avance llegó cuando los investigadores descubrieron cómo producir muonio "frío": átomos que se mueven casi a la misma velocidad y en prácticamente la misma dirección. Esto es lo que hace posible un experimento de gravedad real.

Disparando átomos con un cañón atómico

Aquí es donde la cosa se pone realmente interesante. Para crear este haz de muonio frío, el equipo usa helio superfluido enfriado a apenas por encima del cero absoluto. Estamos hablando de menos 273 grados Celsius.

El helio superfluido es básicamente un fluido cuántico donde los átomos pierden su identidad individual y el líquido se vuelve completamente sin fricción. Tampoco tolera impurezas. Piensa en él como la diva de los líquidos.

Cuando los antimuones del potente acelerador del PSI entran en este helio, se frenan. Cuando un antimuón atrapa un electrón libre para formar muonio, pasa algo mágico: el potencial químico dentro del líquido actúa como un pequeño motor de cohete, empujando al átomo recién formado hacia arriba a través de la superficie.

El autor principal Jesse Zhang lo describe perfectamente: "Estamos usando el potencial químico como un cañón atómico."

Me encanta eso. Un cañón atómico disparando átomos exóticos a través de líquido cuántico para probar la teoría de Einstein. La ciencia es increíble.

¿Qué viene después?

El equipo ahora está construyendo un interferómetro. Es un aparato que usa las propiedades ondulatorias de los átomos para medir efectos increíblemente pequeños. Cuando los átomos de muonio suban y bajen bajo la gravedad terrestre, el interferómetro detectará cualquier cambio sutil en sus patrones de onda.

Si Einstein tenía razón y el principio de equivalencia también funciona para partículas de segunda generación, el muonio debería comportarse exactamente igual que la materia ordinaria cayendo en un campo gravitacional.

Pero si hay aunque sea una pequeña desviación... eso sería enorme. Estamos hablando de potencial Premio Nobel y una reescritura mayor de los libros de física.

Honestamente, espero que encuentren algo. No porque quiera que Einstein esté equivocado, sino porque llevamos siglos probando el principio de equivalencia con los mismos tipos de materia. Ya es hora de expandirnos. Ya es hora de ver si el universo trata igual a todas sus partículas, o solo a las que conocemos.

Este experimento podría finalmente ayudarnos a entender por qué la naturaleza se molestó en crear múltiples generaciones de materia en primer lugar. Eso es bastante importante para una partícula que solo vive 2,2 microsegundos.

A veces las cosas más efímeras nos enseñan las lecciones más profundas.

Fuente: ScienceDaily