Misterio de la constante G se profundiza con nuevo experimento

Después de una década de trabajo, un grupo de científicos presentó nuevos resultados sobre la constante gravitacional de Newton, una de las cifras más importantes de la física. Sin embargo, el esperado avance terminó reabriendo las dudas sobre cómo medir con precisión la fuerza que mantiene unido al universo.

Durante siglos, la gravedad ha sido una de las fuerzas más familiares para la humanidad y, al mismo tiempo, una de las más difíciles de comprender por completo. Gracias a ella, los planetas giran alrededor de las estrellas, los objetos permanecen sobre la superficie terrestre y las galaxias mantienen su estructura. A pesar de su presencia constante en la vida cotidiana y de su importancia para explicar el comportamiento del cosmos, los científicos aún enfrentan enormes dificultades para medir con exactitud la constante gravitacional universal, conocida como la Gran G.

Ahora, una investigación desarrollada durante casi diez años ha vuelto a poner en evidencia este problema histórico. El físico Stephan Schlamminger y un grupo de investigadores dedicaron una década a intentar obtener una medición precisa de esta constante fundamental de la naturaleza. El resultado final, lejos de resolver el misterio, terminó aumentando la incertidumbre científica, ya que los datos obtenidos no coincidieron con otros experimentos anteriores ni con el estudio que intentaban reproducir.

La experiencia, tal como admitió el propio Schlamminger, resultó emocional y profesionalmente extenuante; el investigador del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos relató que el proceso fue un extenso camino marcado por incertidumbres, frustraciones y retos técnicos, aunque sostiene que el proyecto aportó enseñanzas significativas para la comunidad científica y para el porvenir de la metrología, la disciplina dedicada a las mediciones de gran precisión.

Una constante fundamental que aún desafía a la ciencia

Los valores fundamentales representan cifras esenciales que describen cómo se comporta físicamente el universo, permaneciendo inalterables sin importar el lugar, la época o las circunstancias en que se determinen. Entre las más destacadas figuran la velocidad de la luz, la constante de Planck y la constante gravitacional de Newton.

En relación con la constante de gravitación universal, esta magnitud determina cuán intensa es la atracción gravitatoria entre dos cuerpos. Si bien Isaac Newton estableció la ley de la gravitación universal en el siglo XVII, obtener una medición precisa de dicha constante ha representado un reto constante que ha desafiado a numerosas generaciones de científicos.

El primer intento reconocido para calcularla fue realizado en 1798 por el científico británico Henry Cavendish. Desde entonces, numerosos laboratorios alrededor del mundo han tratado de perfeccionar la medición utilizando tecnologías cada vez más sofisticadas. Sin embargo, los resultados continúan mostrando diferencias entre sí.

Esa falta de consistencia representa un problema importante para la física moderna. Mientras otras constantes fundamentales se conocen con una precisión extraordinaria, la Gran G sigue presentando márgenes de error relativamente elevados. El Comité de Datos del Consejo Internacional de la Ciencia, conocido como CODATA, publica periódicamente los valores recomendados de estas constantes, pero incluso sus cifras sobre la gravedad contienen incertidumbres mucho mayores que las de otras mediciones fundamentales.

Para los especialistas en metrología, este escenario se vuelve especialmente desconcertante, pues la exactitud de las mediciones constituye un pilar fundamental de la ciencia contemporánea y repercute tanto en estudios físicos avanzados como en tareas diarias vinculadas con la tecnología, la industria y el comercio.

Schlamminger explicó que la metrología suele pasar desapercibida para la mayoría de las personas, aunque es esencial para el funcionamiento de la sociedad. Desde el cálculo exacto del consumo eléctrico hasta las mediciones industriales y científicas, gran parte de la infraestructura moderna depende de sistemas extremadamente precisos.

Por qué resulta tan complejo medir la fuerza gravitatoria

Uno de los mayores desafíos al intentar cuantificar la Gran G proviene de que la gravedad es, en esencia, una fuerza muy débil frente a las demás interacciones fundamentales del universo. Aunque para las personas la gravedad parece imponente porque mantiene los objetos sobre la Tierra, desde una perspectiva física su intensidad es considerablemente menor que la de las fuerzas electromagnéticas o nucleares.

Christian Rothleitner, físico del Instituto Nacional de Metrología de Alemania, señaló que esta fragilidad vuelve muy difícil identificar con precisión diminutas fluctuaciones gravitatorias dentro de un laboratorio.

Cuando los científicos llevan a cabo experimentos de esta naturaleza, se ven obligados a utilizar masas relativamente reducidas por las propias restricciones físicas del entorno experimental, y esto provoca que las fuerzas gravitacionales resultantes sean muy pequeñas y altamente susceptibles a cualquier perturbación externa.

A esto se suma otro inconveniente importante: todo objeto con masa genera gravedad. Esto significa que cualquier elemento presente en el entorno, desde equipos cercanos hasta estructuras del edificio, puede influir mínimamente en la medición y alterar los resultados.

Los investigadores deben controlar cuidadosamente factores como vibraciones, temperatura, presión atmosférica e incluso movimientos microscópicos en el laboratorio. Un cambio mínimo puede modificar las cifras obtenidas.

Por esa razón, distintos experimentos realizados en varios países han producido resultados inconsistentes durante décadas. Algunos valores son ligeramente más altos, otros más bajos, y las diferencias siguen sin poder explicarse completamente.

Para numerosos científicos, el desafío central no radica solo en la complejidad técnica de la medición, sino en que los resultados siguen mostrando variaciones aun cuando se aplican métodos avanzados y se emplean equipos de gran sensibilidad.

El experimento que intentaba desentrañar el enigma

Con el propósito de ofrecer mayor claridad al debate, el equipo de Schlamminger eligió adoptar una estrategia distinta, y en vez de idear un método totalmente novedoso, resolvió reproducir un experimento que la Oficina Internacional de Pesas y Medidas en Francia había llevado a cabo con anterioridad.

La propuesta parecía simple en principio: si dos equipos autónomos alcanzaban de manera independiente un resultado idéntico aplicando el mismo método, la incertidumbre acerca del valor real de la Gran G podría disminuirse de forma notable.

El experimento empleó una balanza de torsión, un instrumento de gran sensibilidad diseñado para registrar fuerzas muy pequeñas. En este sistema, varias masas metálicas quedan suspendidas por una fibra fina dentro de una cámara de vacío. La fuerza gravitatoria provoca una torsión casi imperceptible en el conjunto, y dicha alteración puede registrarse con sensores de alta precisión.

Aunque el concepto parece relativamente simple, llevarlo a la práctica resultó extraordinariamente complejo. Durante años, el equipo trabajó en la calibración del aparato y en la eliminación de posibles interferencias físicas que pudieran alterar los datos.

La temperatura y la presión representaban amenazas constantes para la estabilidad del experimento. Incluso pequeñas fluctuaciones podían modificar la medición final.

Además, los investigadores procuraron eliminar cualquier posible sesgo psicológico que afectara la lectura de los resultados y, para conseguirlo, pusieron en marcha un sistema de “cegamiento” experimental.

Un colega ajeno al proyecto añadió un número aleatorio a las masas utilizadas en el cálculo y guardó la cifra en un sobre sellado. De esa manera, Schlamminger no sabía cuál era realmente el valor que estaba obteniendo durante los años de medición.

La intención era impedir que expectativas personales o inconscientes afectaran el análisis de los datos.

Una década definida por la desilusión y un clima constante de duda

Con el paso del tiempo, el entusiasmo inicial comenzó a transformarse en agotamiento emocional. Schlamminger admitió que hubo momentos en los que sentía que el experimento no conducía a ninguna conclusión clara.

Según relató, en algunos momentos experimentaba el proceso como si únicamente produjera cifras al azar, y la incertidumbre permanente junto con la falta de una línea coherente en los datos terminó volviendo el proyecto una vivencia psicológicamente exigente.

A pesar de ello, el equipo mantuvo su labor durante varios años hasta finalizar todas las comprobaciones requeridas.

Finalmente, en julio de 2024, el sobre sellado fue abierto durante una conferencia científica y los investigadores conocieron el resultado definitivo de su medición.

Al principio se experimentó cierto alivio, ya que el valor obtenido parecía situarse dentro de rangos considerados razonables; no obstante, esa sensación de satisfacción se disipó con rapidez.

El resultado obtenido no se alineó de manera exacta con el experimento francés que buscaban replicar ni con la cifra sugerida por CODATA, y aunque desde una perspectiva cotidiana la variación parecía mínima, para los estándares de precisión de la física contemporánea resultaba destacable.

El equipo calculó la Gran G como 6.67387×10⁻¹¹ metros cúbicos por kilogramo por segundo al cuadrado, una cifra ligeramente inferior a otras referencias previas.

Aunque la discrepancia parece mínima, en el contexto de las constantes fundamentales representa un problema importante. Schlamminger comparó el error con medir la altura de una persona y equivocarse apenas por uno o dos milímetros: puede parecer irrelevante para la vida diaria, pero resulta considerable cuando se busca precisión extrema.

La investigación completa se difundió en la revista científica Metrologia, reconocida por su enfoque en estudios de metrología y normas físicas.

¿Podría haber alguna causa aún no identificada?

Las discrepancias constantes entre diversas mediciones han llevado a ciertos científicos a plantearse si algún fenómeno físico aún no identificado podría estar influyendo en los resultados.

La propuesta luce sugerente en términos teóricos, pues podría permitir avances inéditos en la comprensión de la gravedad y del propio universo; no obstante, la mayoría de los especialistas estima que tal escenario es poco verosímil.

Tanto Schlamminger como otros investigadores involucrados en el debate creen que las discrepancias probablemente se deban a pequeños efectos experimentales difíciles de detectar, más que a una nueva ley física.

Ian Robinson, investigador del Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido, señaló que es mucho más razonable pensar que existen factores diminutos no identificados que están sesgando algunas mediciones.

Estos efectos podrían relacionarse con imperfecciones técnicas, condiciones ambientales o limitaciones instrumentales todavía no comprendidas completamente.

A pesar de los retos enfrentados, Robinson subrayó que la labor de Schlamminger constituye un aporte significativo a la ciencia de precisión, ya que el proyecto hizo posible detectar cuestiones sumamente complejas y generar herramientas que podrían servir en investigaciones futuras centradas en fuerzas diminutas.

Schlamminger considera además que la experiencia contribuirá a optimizar el diseño de experimentos venideros, y admitió que no puede excluirse por completo la presencia de fallos humanos en ciertos procedimientos científicos vinculados a la medición de la Gran G.

Las nuevas generaciones siguen avanzando en su búsqueda

Aunque el experimento no consiguió desentrañar el enigma de la constante gravitacional, el investigador estadounidense sostiene que el tiempo invertido en el proyecto de ningún modo resultó un fracaso.

Para él, la metrología no consiste únicamente en alcanzar un número exacto, sino en comprender con rigor aquello que aún permanece oculto o mal entendido dentro de la ciencia.

La pasión de Schlamminger por las constantes fundamentales permanece firme, y en su antebrazo lleva tatuadas las cifras asociadas a la constante de Planck, otro valor clave de la física moderna cuya precisión contribuyó a afinar en investigaciones previas.

Sin embargo, bromeó al afirmar que jamás se tatuaría la Gran G. Según dijo, el valor continúa siendo demasiado incierto y delicado como para grabarlo permanentemente en la piel.

El científico también expresó su deseo de que las nuevas generaciones de investigadores no se desanimen frente a las dificultades de este campo. La búsqueda de una medición precisa de la gravedad continúa siendo uno de los grandes retos abiertos de la física experimental.

Mientras tanto, la Gran G permanece como un recordatorio de que incluso las fuerzas más familiares del universo todavía guardan secretos que la humanidad no ha logrado descifrar completamente.