¿Arrastra la Tierra el espacio-tiempo? Un sensor cuántico de helio superfluido podría medirlo

Un anillo hueco, lleno de helio enfriado a una temperatura cercana a los 10 milikelvin: ese es el corazón de un dispositivo que un grupo de investigadores propone para detectar algo que la Tierra hace sin que nadie lo note. Según la relatividad general, un cuerpo masivo que gira no solo curva el espacio-tiempo a su alrededor, también lo arrastra consigo. El fenómeno se conoce como frame-dragging, o arrastre del marco de referencia.

La teoría describe la gravedad como una consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo, provocada por la masa y la energía. Cuando el cuerpo rota, esa rotación modifica además la geometría del entorno y altera el movimiento de partículas e instrumentos cercanos. La intensidad del efecto depende de las propiedades del objeto, entre ellas su momento angular, y es mayor cerca de cuerpos compactos, como los agujeros negros en rotación.

La Tierra, masiva a escala humana, produce un arrastre muy pequeño comparado con el de esos objetos astrofísicos. La relatividad general lo predice, pero medirlo con precisión es difícil, en parte porque otras influencias, como las perturbaciones gravitatorias, lo enmascaran.

Para abordar el problema, los investigadores plantean un sensor cuántico basado en helio superfluido. Un superfluido es un estado de la materia con viscosidad nula: fluye sin disipar energía por fricción interna. Ocurre en condiciones específicas, normalmente a bajas temperaturas, cuando las partículas empiezan a comportarse de forma colectiva. El helio-4 se vuelve superfluido por debajo de unos 2,17 kelvin, cerca de −271 °C, a presión atmosférica, y puede atravesar canales estrechos con muy poca disipación. Por eso los superfluidos resultan prometedores para sensores de alta precisión, incluidos los giroscopios cuánticos.

El dispositivo propuesto es un tubo en forma de anillo lleno de helio-4 enfriado, diseñado para detectar variaciones en su movimiento. Cuando el aparato gira, aparece una diferencia de fase que puede servir como señal de rotación. Para medirla, el equipo propone seguir el movimiento de un diafragma mecánico conectado al circuito de helio superfluido.

El obstáculo principal es distinguir la señal relativista del ruido térmico, que genera fluctuaciones aleatorias en la fase cuántica y puede ocultar justo el efecto que se busca. Según el estudio, enfriar el sensor por debajo del límite de 2,17 kelvin reduce ese ruido y aumenta la sensibilidad a la rotación. Un giroscopio que opere a cerca de 10 milikelvin podría alcanzar una precisión comparable o superior a la de las mejores mediciones anteriores.

El instrumento tendría además otro uso: podría permitir estudiar diferencias extremadamente pequeñas en el transcurso del tiempo. Por ahora se trata de una propuesta. Los autores planean avanzar a la etapa experimental e investigar si el sensor podrá, en el futuro, poner a prueba efectos asociados a la gravedad cuántica.