Hacia finales del siglo XVIII, el científico británico Henry Cavendish midió la fuerza de la gravedad entre dos objetos por primera vez desde un laboratorio. Los objetos en cuestión eran unas bolas de plomo, una del tamaño de una sandía y el otro del tamaño de una pelota de béisbol. Descubrió que la fuerza entre ellas era diminuta - aproximadamente del tamaño de un grano de arena.

Desde entonces, los experimentos se han vuelto más precisos pero siguen incluyendo por lo general objetos relativamente grandes; el campo gravitacional más pequeño medido fue entre dos cilindros de 90 gramos cada uno. Pero los campos entre masas más pequeñas son tan diminutos que nadie ha elaborado una manera de medirlos.

Parece que esto cambiará gracias al trabajo de Jonas Schmole y sus compañeros de la Universidad de Viena (Austria). Han desarrollado una manera de medir la atracción gravitacional de objetos a escala milimétrica que son tres órdenes de magnitud menos masivos que cualquier cosa medida con anterioridad.

Este experimento permitiría a los científicos investigar la gravedad a escalas que nunca ha sido posible antes y abre la puerta a una nueva era de experimentos que exploren la relación entre la gravedad y la mecánica cuántica por primera vez.

El nuevo método para medir fuerzas gravitacionales es, en principio, sencillo. Se basa en explotar la manera en que los objetos diminutos resuenan cuando son empujados de forma repetitiva. Una manera de hacerlo es tallar unos diminutos trampolines de silicio, de forma que la electrónica necesaria para su monitorización pueda ser incorporada a un único chip. Estos llamados dispositivos microelectromecánicos (MEMS) se han vuelto comunes en años recientes - son la tecnología que se esconde tras los airbags y los acelerómetros de los smartphones, por ejemplo.

Ahora, el equipo de Schmole quiere emplearlos para medir fuerzas gravitacionales. Su idea consiste en hacer un trampolín y colocar una esfera a escala de miligramos al final del trampolín. Esto representa la masa de prueba cuyo movimiento bajo la fuerza de la gravedad esperan medir.

Al mismo tiempo, colocan otra esfera similar al final de una barra que puede ser ajustada hacia delante y hacia atrás como un pistón. Esta es la masa fuente que genera un campo gravitacional en movimiento.

Cuando se colocan estas dos esferas en proximidad la una con la otra, el campo gravitacional resultante debería crear una fuerza de atracción entre ellas que debería tirar de la masa de prueba sobre el trampolín, acercándola a la masa fuente. Mientras se aleje la masa fuente, la atracción disminuirá, permitiendo que la masa de prueba se aleje.

Todo esto hace que el trampolín vibre. Y si el movimiento de la masa fuente concuerda con determinada frecuencia crítica, el trampolín resonará, y este movimiento puede ser medido al hacer rebotar un láser sobre el trampolín. 

Ajustar la manera en la que se desplace la masa fuente permitirá al equipo de Schmole explorar la manera en la que se produce la resonancia y medir la fuerza que la causa - la atracción gravitacional entre los dos cuerpos.

Y ya está: una forma sencilla de medir las fuerzas gravitacionales entre dos objetos de dos miligramos que es posible hoy con unos dispositivos MEMS de vanguardia.

Por supuesto, el experimento incluye algunas sutilezas importantes. Por ejemplo, las masas de prueba y fuente han de estar aisladas para que el movimiento de una no influencie a la otra, salvo mediante la atracción gravitacional. Representa un reto importante. Otra es el aislamiento del dispositivo al completo de vibraciones externas que podrían ahogar la señal de interés.

Pero el equipo de Schmole afirma que son controlables y que el experimento será realizable de forma inminente. "La tecnología de la vanguardia debería permitir una demostración del concepto para objetos de la escala de milímetros y decenas de miligramos, lo que ya representa una mejora con respecto al límite actual para detectar el campo gravitacional de una pequeña masa fuente por tres órdenes de magnitud", escriben.

Es un trabajo interesante, y no sólo por los retos experimentales que entraña. Los objetos a escala milimétrica se aproximan a una en que las extrañas leyes de la mecánica cuántica se vuelven observables.

La oportunidad emocionante a la que alude el equipo de Schmole es la capacidad de medir la fuerza de la gravedad asociada con objetos cuánticos. ¿Cómo se manifestará la fuerza gravitacional cuando esté asociada con un objeto que existe en dos lugares distintos al mismo tiempo?

Es una pregunta por la que muchos físicos estarían dispuestos a sacrificar su brazo derecho por poder contestar. ¡Puede que no tengan que esperar mucho más!

Ref: arxiv.org/abs/1602.07539 : A Micromechanical Proof-Of-Principle Experiment for Measuring the Gravitational Force of Milligram Masses