(Inside Science) — Innumerables experimentos indican que todas las fuerzas fundamentales del universo obedecen las leyes de la mecánica cuántica, excepto la gravedad. Ahora, los físicos teóricos sugieren que la búsqueda de irregularidades en las ondas en el tejido del espacio y el tiempo podría ayudar a revelar que la gravedad también es cuántica.

La física cuántica sugiere que todo se compone básicamente de paquetes de energía conocidos como cuantos, cada uno de los cuales puede comportarse como una partícula y una onda. Los cuantos de luz se denominan fotones, y las partículas elementales de gravedad postuladas durante mucho tiempo se denominan gravitones.

La detección de gravitones probaría que la gravedad es cuántica. Sin embargo, dado que la gravedad es extraordinariamente débil, los científicos necesitarían instrumentos extraordinariamente poderosos para detectar estas partículas hipotéticas.

«Desde hace mucho tiempo se creía que los efectos de la gravedad cuántica eran imposibles de observar experimentalmente porque las energías extremas requerirían aceleradores de partículas del tamaño del sistema solar», dijo el autor principal del estudio, Maulik Parikh, físico teórico de la Universidad Estatal de Arizona en Tempe.

Ahora, los investigadores están descubriendo que podría haber otra forma de ver si la gravedad es cuántica, basada en la naturaleza borrosa de la mecánica cuántica. «Los detectores de ondas gravitacionales recientemente desarrollados, si tenemos suerte, pueden proporcionar pistas sobre la cuantización de la gravedad», dijo Parikh.

La física cuántica sugiere que el universo es a menudo un lugar inseguro. Por ejemplo, a menudo se piensa que los electrones son partículas puntuales, pero la física cuántica sugiere que a menudo deberían describirse como nubes alrededor de los núcleos atómicos, donde es probable que se encuentren.

En el nuevo estudio, los científicos trataron los campos gravitatorios como cualquier otro campo cuántico, como un campo magnético. Eso significa que los objetos que experimentan la gravedad encontrarían el mismo tipo de fluctuaciones aleatorias o ruido que normalmente se encuentra en la mecánica cuántica.

Si la gravedad es cuántica, dos cuerpos que son atraídos uno hacia el otro debido a la gravedad experimentarían variaciones aleatorias en sus movimientos. Por ejemplo, una manzana que cae a la Tierra no caería directamente hacia abajo, sino que estaría sujeta a pequeñas fluctuaciones cuánticas, que uno puede imaginar cuando son bombardeadas por gravitones en la manzana.

«Puede que no sea imposible probar la existencia del gravitón», dijo el coautor del estudio George Zahariade, físico teórico de la Universidad Autónoma de Barcelona.

Los investigadores sugieren que este ruido puede medirse en ondas de espacio-tiempo conocidas como ondas gravitacionales, que teóricamente están formadas por gravitones. Los científicos descubrieron la primera evidencia directa de estas ondas en 2015 utilizando el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO), que captura las distorsiones que causan las ondas gravitacionales a medida que atraviesan la materia.

Aunque los científicos estimaron que este ruido cuántico era típicamente inconmensurablemente pequeño, sugirieron que había circunstancias teóricamente predichas pero aún no observadas que podrían ser lo suficientemente «fuertes» como para ser detectadas por los observatorios de ondas gravitacionales existentes. Esto incluye el universo muy primitivo, cuando el cosmos experimentó un crecimiento acelerado conocido como inflación, «y quizás también durante las etapas finales de las colisiones de agujeros negros», dijo Parikh. «Si tenemos mucha suerte, el ruido de tales estados ya podría estar presente en los datos de nuestros instrumentos y solo necesita ser extraído».

Las circunstancias bajo las cuales este ruido es lo suficientemente grande como para ser medible «son bastante específicas y pueden no ocurrir en la naturaleza», advirtió el físico teórico Erik Verlinde de la Universidad de Amsterdam, quien no participó en esta investigación. Aún así, «sus resultados brindan una fuerte motivación para comenzar a analizar el ruido en experimentos con interferómetros de ondas gravitacionales», agregó.

Durante décadas, los científicos han desarrollado una variedad de teorías en competencia destinadas a reconciliar la gravedad con la mecánica cuántica y ayudar a crear una «teoría del todo» que pueda explicar completamente cómo funciona el cosmos. Sin embargo, estas ideas suelen ser virtualmente imposibles de probar o refutar experimentalmente, por lo que están creciendo en número. «No estamos proponiendo una nueva teoría de la gravedad cuántica, sino que simplemente ofrecemos una idea de lo que debería predecir cualquier teoría razonable de la gravedad cuántica», dijo Zahariade.

Otros científicos «pueden preguntarse si no hay otros efectos que estamos ignorando que podrían ahogar el ruido cuántico», dijo Zahariade. «Estas son objeciones válidas, pero este es solo un primer intento de abordar el problema y, con suerte, un análisis más detallado disipará estas preocupaciones».

Parikh, Zahariade y su colega, el premio Nobel Frank Wilczek, detallaron sus hallazgos en la revista del 19 de agosto. Cartas de verificación física.


Esta historia fue publicada originalmente con InsideScience. Lea el original aquí.



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