El experimento de Pound–Rebka. Parte 1

El pasado mes de febrero el detector de ondas gravitacionales LIGO anunció la observación directa de oscilaciones del espacio-tiempo. Una grandísima noticia sin duda. La humanidad había podido escuchar por primera vez el eco de la fusión de dos agujeros negros y las predicciones de Albert Einstein se habían vuelto a cumplir a la perfección.

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Einstein teniendo razón, una vez más.

La teoría de la Relatividad, tanto Especial como General,  predicen una gran variedad de fenómenos y a pesar de ser una teoría clásica, éstos nos son completamente extraños ya que para poder observarlos se necesitan velocidades comparables a la de la luz o campos gravitatorios miles de veces más intensos que el que sentimos aquí en la Tierra.

Una de las predicciones de la teoría de la Relativdad Especial es la constancia de la velocidad de la luz. Independientemente de a qué velocidad se mueva el observador, éste siempre medirá la misma velocidad de la luz: 300000 km/s. Este hecho fue verificado por Michelnson y Morley incluso antes de que Einstein propusiese la Teoría  de la Relatividad Especial.

Otra predicción de la Teoría de la Relatividad General es que los objetos con masa curvan el espacio-tiempo por lo que si la luz que nos llega de otras estrella pasa cerca del Sol será desviada. En 1916 Arthur Eddington  viajó hasta la isla de Príncipe para estudiar durante un eclipse solar cómo la luz de las estrella se curvaba al pasar cerca del Sol. Aunque parece ser que seleccionó arbitrariamente las medidas, la desviación de la luz al pasar cerca de cuerpos masivos se ha observado múltiples veces. Prueba de ello es el efecto de lente gravitacional.

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Las 2 galaxias que parecen ser ojos distorsionan el espacio a su alrededor creando el efecto de lente gravitacional. La sonrisa y los otros 2 arcos que parecen formar la cara se trata de luz de galaxias que es desviada debido a la curvatura del espacio.

Otra de las predicciones de la Relatividad General es el desplazamineto hacia el rojo en presencia de un campo gravitatorio. Digamos que un fotón es emitido en Sol. Según se va alejando de la superficie su longitud de onda aumentará, es decir , su color se desplazará hacia el rojo. Esto se debe a que el tiempo medido por un objeto pasa a diferente ritmo según la intensidad del campo gravitatorio al que esté sometido. El efecto contrario también es posible. Si nosotros desde una nave emitimos un fotón a medida que se acerca a la superficie del Sol su longitud de onda disminuirá, su color se desplazará hacia el azul.

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A medida que la luz se aleja del Sol su longitud de onda va aumentando, el color de la luz se desplaza hacia el rojo, debido a que el campo gravitatorio es menos intenso

Ahora bien, ¿cómo podemos medir este desplazamiento al rojo gravitatorio en nuestro laboratorio si antes hemos dicho que para observar efectos relativistas necesitamos campos gravitatorios miles de veces más intensos que los de la Tierra?

Todo campo gravitatorio produce este desplazamiento al rojo, sin importar lo débil que sea el efecto, por lo que si queremos medirlo necesitamos una técnica extremadamente sensible a cambios en la longitud de onda. El efecto Mössbauer tiene la resolución necesaria para medir este efecto en un laboratorio de física.

Recordemos que el efecto Mössbauer es la absorción y emisión elástica de radiación por núcleos atómicos en un sólido, por lo que supone una fuente de radiación monócromática con una resolución de nanoelectrovoltios (neV). Pero también supone un filtro extremadamente preciso. Si por alguna razón la energía del fotón emitido por el nucleo Mössbauer cambia, éste no podrá ser absorbido por otro núcleo Mössbauer.

Con esta idea en mente R. V. Pound and G. A. Rebka se propusieron medir, en 1960, el desplazamiento al rojo causado por el campo gravitatorio terrestre.

Continuará…

 

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