La vaca gravitatoria


Muchas veces hemos dicho y leído que en nuestra escala las leyes cuánticas y gravitatorias prácticamente no se necesitan una a la otra.

En esta entrada vamos a explicar un experimento llevado a cabo por Colella, Overhauser y Werner en 1975 que pone de manifiesto un sutil efecto donde ambas conviven y producen efectos observables.  A este experimento se le denomina “Experimento COW” (cow= vaca en inglés).

El artículo en el que describieron este experimento y sus resultados lo puedes encontrar en el siguiente enlace:

Observation of gravitational induced quantum interference

El campo gravitatorio

Como sabemos, desde el punto de vista Newtoniano, la gravedad que siente una masa m por estar en presencia del campo gravitatorio producido por la Tierra con masa M es menor cuanto mayor es la distancia (r) entre la masa m y el centro de la tierra:

F=G\dfrac{mM}{r^2}

El experimento

Tenemos una fuente que emite haces de neutrones. Este haz se divide en dos haces que son enviados formando noventa grados.  Posteriormente se vuelven a reunir los haces y se dirige hacia unos detectores.

Sabemos que en cuántica las cosas no son ni ondas ni partículas sino que presentan aspectos ondulatorios o de partículas según el experimento.  En este caso detrás de d tenemos una serie de detectores de neutrones que lo que hacen es dar señal si le llega un neutrón o no darla si el neutrón no es detectado. Lo que resulta es que los neutrones han interferido y se encuentra un patrón de interferencia.  Es decir, hay detectores que jamás detectan un neutrón y otros que detectan neutrones a mayor o menor número (mayor o menor intensidad) según el ángulo que formen con d.

¿Dónde está la gracia?

Generalmente estos experimentos se realizan sobre una mesa, sobre un plano. Es decir, que todo el experimento está a la misma distancia del centro de la Tierra y por tanto la influencia de la gravedad es la misma en ambas ramas del interferómetro.

Lo que se hace en el experimento COW es que se puede girar la tabla sobre la que disponemos el interferómetro. Con esto se consigue que los neutrones que van por la rama inferior sientan más la gravedad que los que van por la rama superior (ya que estos están un poco más lejos del centro de la Tierra y por tanto la intensidad gravitatoria que perciben es menor).

Pues bien, lo que se encuentra es que tenemos un cambio en el patrón de interferencia. Los detectores que cuando estaba el dispositivo plano no detectaban ningún neutrón cuando están en vertical sí detectan y viceversa. Es decir hay un cambio o un desplazamiento en la fase de la interferencia.  El caso es que Colella, Overhauser y Werner hicieron los cálculos para ver este desplazamiento dependiendo del ángulo de inclinación del dispositivo respecto a la vertical tomando en cuenta la gravedad. Luego dispusieron los resultados experimentales sobre la gráfica del resultado teórico, y este fue el resultado:

Línea = Resultado teórico de incorporar la gravedad Newtoniana a la ecuación de Schrödinger. Puntos = Resultados experimentales. El acuerdo es magnífico.

Este resultado muestra cómo hay una influencia directa de la gravedad en el fenómeno de interferencia. Aquí lo único que cambia al cambiar el ángulo del dispositivo es la altura de las dos ramas por las que los neutrones interfieren. Así que muestra precisamente un efecto gravitatorio en mecánica cuántica.

Esta discusión ha sido muy ligera y sus implicaciones son muy interesantes. Lo que estén interesados en profundizar tienen dos artículos que, en nuestra opinión, les serán muy útiles:

Gravitation and quantum interference experiments with neutrons

Neutron interferometry

El objetivo de esta entrada no es más que poner de manifiesto que la gravedad está presente, aunque la despreciemos, y que aún en experimentos simples como este produce efectos observables.  Así que ¿por qué no cuantizarla?

Este experimento tiene muchas implicaciones, por ejemplo respecto al principio de equivalencia en su versión fuerte o débil.  Volveremos a ello en algún momento.

Nos seguimos leyendo…

3 Respuestas a “La vaca gravitatoria

  1. Los D1 y D2 son los detectores de partículas.

  2. ¿ Que es ‘d’ ? Se agradecería que los símbolos pintados en el esquema de emisión de neutrones, se explicasen los mismos ( o al menos, a los que se hacen referencia )
    Muchas gracias

  3. oscarrobertoernst

    La interferencia de neutrones, al igual que el experimento de doble ranura, la dualidad onda-partícula, o la indeterminación de Heisenberg, son tomadas como argumentos irrefutables para la mística de la mecánica cuántica.
    Cuando en verdad son una interpretación sesgada del fenómeno, al igual que triste gato de Schrödinger, en nada comprueba una tal mística de incertidumbre, Para el determinista, el gato NO está vivo y muerto (probabilidad), sino bien vivo o bien muerto, dependiendo de las variables que ignoro. No se trata de que lo hago revivir mirando.

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