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Una de las suposiciones más básicas de la física fundamental es que las diferentes propiedades de la masa (peso, inercia y gravitación) siempre permanecen iguales entre sí.
Sin esta equivalencia, la teoría de la relatividad de Einstein se contradiría y nuestros libros de texto de física actuales tendrían que ser reescritos. Aunque todas las medidas hasta la fecha confirman el principio de equivalencia, la teoría cuántica postula que debería haber una violación.
Esta inconsistencia entre la teoría gravitacional de Einstein y la teoría cuántica moderna es la razón por la cual las pruebas cada vez más precisas del principio de equivalencia son particularmente importantes.
Un equipo del Centro de Tecnología Espacial Aplicada y Microgravedad (ZARM) de la Universidad de Bremen, en colaboración con el Instituto de Geodesia (IfE) de la Universidad Leibniz de Hannover, ha logrado demostrar con una precisión 100 veces mayor que la masa gravitacional pasiva y la masa gravitacional activa son siempre equivalentes, independientemente de la composición particular de las respectivas masas.
La investigación se realizó en el marco del Clúster de Excelencia «QuantumFrontiers». El equipo publica ahora sus hallazgos como un artículo destacado en Physical Review Letters.
La masa inercial resiste la aceleración. Por ejemplo, hace que te empujen hacia atrás en tu asiento cuando el auto arranca. La masa gravitacional pasiva reacciona con la gravedad y da como resultado nuestro peso en la Tierra. La masa gravitacional activa se refiere a la fuerza de gravitación ejercida por un objeto, o más precisamente, el tamaño de su campo gravitatorio.
La equivalencia de estas propiedades es fundamental para la relatividad general. Por lo tanto, tanto la equivalencia de la masa gravitacional inercial y pasiva como la equivalencia de la masa gravitatoria pasiva y activa se están probando con una precisión cada vez mayor.
Si asumimos que la masa gravitacional pasiva y activa no son iguales, que su relación depende del material, entonces los objetos hechos de diferentes materiales con un centro de masa diferente se acelerarían. Dado que la luna consta de una capa de aluminio y un núcleo de hierro, con centros de masa desplazados entre sí, la luna debería acelerar. Este hipotético cambio en la velocidad podría medirse con alta precisión, a través de «Lunar Laser Ranging».
Esto implica apuntar láseres desde la Tierra a reflectores en la Luna colocados allí por las misiones Apolo y el programa soviético Luna. Desde entonces, se registran los tiempos de viaje de ida y vuelta de los rayos láser. El equipo de investigación analizó los datos de «Rango láser lunar» recopilados durante un período de 50 años, desde 1970 hasta 2022, e investigó tales efectos de diferencia de masa.
Dado que no se encontró ningún efecto, esto significa que las masas gravitatorias pasiva y activa son iguales a aproximadamente 14 decimales. Esta estimación es cien veces más precisa que el mejor estudio anterior, que data de 1986.
El Instituto de Geodesia de LUH, uno de los cuatro únicos centros en todo el mundo que analizan las mediciones de distancia láser a la luna, tiene una experiencia única en la evaluación de los datos, particularmente para probar la relatividad general. En el estudio actual, el instituto analizó las mediciones del alcance del láser lunar, incluido el análisis de errores y la interpretación de los resultados.
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