Los electrones en un conductor parecen comportarse de forma diferente en un campo gravitatorio que en un sistema inercial acelerado, poniendo en duda uno de los pilares básicos de la física moderna.

¿Cómo se comportan los objetos frente a la gravedad? Parece una pregunta muy simple y es una de las que produce más dolores de cabeza. Y tanto. El análisis de datos implica que los objetos cuánticos violan la idea fundamental de que la masa gravitatoria y la masa inercial son lo mismo, algo conocido como Principio de Equivalencia.

Esto es la idea tal y como la han concebido Timir Datta de la University of South Carolina y su compañero Ming Yin: en la segunda década del siglo 20, un grupo en Caltech comenzó a investigar acerca de las propiedades inerciales de los electrones en materiales conductores. Ellos argumentaban que en una barra de un metal que se ve acelerada, la parte trasera debe estar cargada negativamente porque los electrones se verían desplazados hacia allí a medida que se aumenta la velocidad.Análogamente, supusieron que en un disco metálico en rotación el borde estaría negativamente cargado por este mismo motivo.

Según estet análisis, el efecto de una radiación lineal o radial en un fluido cuántico debe ser igual al de un fluido newtoniano, como el agua en un tanque que rota. Richard Tolman y otros dijeron incluso que habían medido esta diferencia de carga.

Pero según el principio de equivalencia, si una aceleración puede producir este efecto, lo mismo debe suceder con un campo gravitatorio.

Aquí las cosas se vuelven un poco más complicadas. Calculando el equilibrio que ocurre cuando la gravedad actúa en un cristal sólido lleno de electrones en la banda de conducción no es una tarea sencilla.

En ese caso si el cristal es rígido, entonces la gravedad empuja los electrones hacia abajo, creando una pequeña carga negativa en la parte inferior y un diminuto campo eléctrico que apunta hacia abajo. Eso es lo que implica exactamente el principio de equivalencia.

Si el cristal es deformable, pese a todo, la gravedad tiene un efecto mayor en la red cristalina de lo que lo tiene en los electrones. En este caso, la gravedad comprime la red, creando una densidad de carga positiva en la parte inferior del conductor. Ahora el campo eléctrico es algunos órdenes de magnitud superior y apunta hacia la dirección opuesta.

Es un resultado problemático porque implica que sería posible averiguar la diferencia entre un sistema inercial acelerado y uno que se encuentra en un campo gravitatorio simplemente midiendo la dirección del campo eléctrico. Y de acuerdo con la relatividad general, no es posible. Por supuesto, la relatividad general, que es una de las piedras angulares de la física moderna no puede equivocarse en este punto. ¿Qué es lo incorrecto entonces?

Una pregunta evidente que no tiene respuesta (al menos por parte de Datta y Yin) es por qué una aceleración inercial no comprime la red cristalina del mismo modo en que lo hace un campo gravitatorio, creando la misma densidad de carga positiva.

Las medidas hechas por Tolman y otros sugieren que este tipo de compresión no ocurre.

Salvo que las medidas estén equivocadas. ¿Podría este enigma ser debido únicamente por alguna medida errónea?

En tal caso, quizás es hora de que alguien lo vuelva a intentar.

Ref: arxiv.org/abs/0908.3885 : Do Quantum Systems Break The Equivalence Principle?

NOTA: Esta entrada es una traducción libre de un post en Arxiv blog.