2024-03-27Un pequeño dispositivo puede medir cambios sutiles en el campo gravitacional de la Tierra
Science News |El instrumento se encuentra entre los gravímetros más pequeños y más baratos jamás construidos.Hay un nuevo participante en la competencia para desarrollar instrumentos cada vez más pequeños que puedan detectar cambios en el campo gravitacional de nuestro planeta: un dispositivo de mesa aproximadamente del tamaño de dos teléfonos inteligentes apilados.
Creado por un equipo de investigadores en China, el instrumento se ha utilizado para medir las mareas de la Tierra en el transcurso de varios días, informan el físico Pu Huang de la Universidad de Nanjing y sus colegas en la revista Physical Review Letters del 22 de marzo.
Los investigadores llevan mucho tiempo intentando construir instrumentos de medición de la gravedad ligeros y rentables. Estos dispositivos, llamados gravímetros, pueden detectar el desplazamiento de placas tectónicas, detectar el movimiento del agua subterránea, revelar reservas ocultas de petróleo y gas y rastrear el magma dentro de los volcanes para proporcionar datos para predecir erupciones, junto con muchas otras aplicaciones.
Sin embargo, la mayoría de los instrumentos con suficiente sensibilidad para tales experimentos permanecen atrapados dentro de los laboratorios, lo que requiere equipos voluminosos para crear vacíos protectores o enfriar sus piezas a temperaturas extremadamente bajas (SN: 7/11/19). Los gravímetros portátiles tienden a ser objetos extremadamente caros del tamaño de electrodomésticos (SN: 28/02/22). Pero existen otros mucho más pequeños, como un prototipo de gravímetro del tamaño de un sello postal, del que se informó en 2016, con suficiente sensibilidad para algunas aplicaciones geofísicas básicas.
La fuerza de gravedad entre dos objetos depende de sus masas y de la distancia entre ellos. Por lo tanto, los cambios gravitacionales pueden medirse con algo así como un peso sobre un resorte. Si un aparato de este tipo se acerca o aleja del suelo, o si se producen cambios abruptos en la densidad del terreno, la atracción gravitacional de la Tierra sobre el peso cambiará y, en consecuencia, la longitud del resorte cambiará muy ligeramente.
En lugar de un peso y un resorte, Huang y su equipo utilizaron dos imanes, uno levitado por el otro. El imán levitado actuó como el peso, moviéndose hacia arriba y hacia abajo en respuesta a un campo gravitacional cambiante. La fuerza intangible del magnetismo entre los imanes funcionó de manera similar a un resorte sólido. Un láser midió los cambios en la posición del imán levitado, lo que permitió a los investigadores observar la fluctuación del campo gravitacional de la Tierra durante varios días en respuesta a las fuerzas de marea de la Luna. También detectaron dos terremotos, uno frente a la costa de Honshu, Japón, y otro en el mar de Bali en Indonesia.
El nuevo dispositivo no es tan sensible como los mejores gravímetros portátiles del mundo, señala el físico Xuejian Wu de la Universidad Rutgers en Newark, Nueva Jersey, que no participó en el trabajo. Estos dispositivos más grandes y de última generación pueden detectar cambios en los campos gravitacionales de aproximadamente una parte en mil millones, mientras que éste puede hacerlo en aproximadamente una parte en 60 millones.
Pero, dice Huang, el equipo tiene planes de aumentar la sensibilidad y al mismo tiempo reducir aún más su dispositivo. Actualmente, la mayor parte de su volumen proviene de blindajes magnéticos y otros equipos de soporte. Pero el corazón del instrumento (el diminuto imán levitado) es más pequeño que un grano de arroz y pesa menos que dos granos de café. En los próximos dos años, dice Huang, los investigadores esperan integrar todo el sistema en un dispositivo del tamaño de un chip que pueda colocarse en drones para el trabajo de campo.
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CITAS
Y. Leng y col. Medición de las mareas terrestres con un microoscilador de levitación diamagnética a temperatura ambiente. Cartas de revisión física. vol. 132, 22 de marzo de 2024, 123601. doi: 10.1103/PhysRevLett.132.123601.
RP Middlemiss et al. Medición de las mareas terrestres con un gravímetro MEMS. Naturaleza. vol. 531, 30 de marzo de 2016. doi: 10.1038/nature17397.
Acerca de Adam Mann
Adam Mann es el redactor temporal de astronomía de Science News . Tiene una licenciatura en astrofísica de la Universidad de California, Berkeley, y una maestría en escritura científica de UC Santa Cruz.
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