NeoFronteras

No encuentran efecto de la textura en el espacio-tiempo

Área: Física — Lunes, 2 de Noviembre de 2009

Según los datos de Fermi, los fotones gamma de alta energía tienen la misma velocidad aunque sus energías sean diferentes. Esto apoya obviamente la Relatividad Especial y contradice algunos resultados teóricos relacionados con teorías cuánticas de gravedad que predecían lo contrario.

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Un fotón gamma de más alta energía tendría una velocidad menor que otro de baja energía según algunas ideas. Foto: NASA, Sonoma State University, Aurore Simonnet.

Una de las esperanzas puestas en el detector de rayos gamma Fermi (anteriormente conocido como GLAST) era la de comprobar ciertas hipótesis propuestas por algunos teóricos que trabajan en las nuevas teorías cuánticas de la gravedad, teorías que pretenden unir el mundo cuántico y el de la Relatividad General y que están muy escasas de comprobaciones experimentales. La primera de estas teorías en verse relacionada con un efecto medible de este tipo fue la teoría cuántica de lazos, aunque esto fue introducido más bien ad hoc en la teoría. Al cabo de un tiempo, cuando parecía que estas predicciones eran un caballo ganador, los teóricos de cuerdas también se subieron al carro.
Según estas teorías el espacio-tiempo tiene una textura a la escala de Planck, un estado “espumoso” en el que se confunden las dimensiones espacio-temporales. Según ciertas ideas esto debía de de tener un efecto minúsculo, pero acumulativo a lo largo de grandes distancias sobre partículas sin masa en movimiento. De este modo, si un fotón muy energético recorre miles de millones de años de distancia tardará un poco más de tiempo que uno menos energético. Es decir, la velocidad de la luz en el vacío dependería de la energía de los fotones, algo que estaría en principio en contra de la Relatividad Especial. Para que se pueda apreciar el efecto los fotones deben de ser muy energéticos (lo que los coloca en el parte gamma del espectro electromagnético) y que así puedan interaccionar con esa supuesta textura del espacio-tiempo, cualquiera que sea ésta.
Para poder medir este efecto se debe dar un proceso que produzca simultáneamente al menos dos fotones de alta energía a una gran distancia cosmológica. Entonces un telescopio de rayos gamma podría medir la diferencia de tiempo a su llegada a la la Tierra.
Hace relativamente poco había algunos resultados con telescopios afincados en tierra firme que parecía indicar que el efecto existía. Sin embargo, un resultado reciente de Fermi parece haber caído como un jarro de agua fría sobre este asunto. Unos fotones de distinta energía procedentes de un punto del espacio situado a 7300 millones de años luz llegaron con una diferencia de tiempo de sólo 9 décimas de segundo, aunque uno de los fotones era millones de veces más energético que otro. El evento se registró el pasado 10 de mayo y hace unos días se han publicado los resultados. La diferencia de tiempos para esa distancia y diferencia de energía debía de haber sido mucho mayor si esas predicciones fueran correctas. Este resultado experimental nos dice que la velocidad de ambos fotones fue la misma al menos en una parte en 100.000.000.000.000.000.
De momento parece pues que la Relatividad Especial gana la batalla, aunque los teóricos mantienen que debe de existir violación de la simetría Lorentz. El caso es que este resultado, según algunos, elimina todas las aproximaciones a una nueva teoría de gravedad cuántica en la que haya una fuerte dependencia entre la velocidad de la luz y la energía de los fotones.
Aunque estas teorías no dan una predicción exacta de la escala de energía asociada a este tipo de fenómeno, este resultado experimental requeriría que la escala de energía implicada en estas teorías estuviera estuviera por encima de la energía Plank para poder ver el efecto, lo que les haría ser “antinaturales”.
Este nuevo resultado se suma a otro, también negativo, registrado en septiembre del año pasado, aunque en este nuevo caso la estructura fina temporal es mejor y la escala de energía mucho mayor.
El marco experimental no ayuda a este tipo de ideas que predicen una diferencia de velocidad en partículas sin masa moviéndose por ciertos caminos. Si hubiera habido diferencia se podría haber achacado a que los fotones no se habrían emitido a la misma vez y que el origen de esta diferencia dependería de la naturaleza del evento que produce el estallido gamma.
Para poder mantener el efecto predicho por estas teorías, a pesar de este resultado, habría que asumir que los fotones se habría confabulado para emitirse con una diferencia de tiempos tal que justo al llegar aquí pareciera que han llevado la misma velocidad, algo que parece altamente improbable.
Hay dos modelos que explican el origen de los estallidos de rayos gamma energéticos. En unos casos, se producirían en algunas explosiones de supernova y en otros en la colisiones de estrellas de neutrones. En este caso se achaca a esta última posibilidad el origen de este estallido.
En resumidas cuentas, después de 100 años, Einstein sigue ganando batallas. Ahora habrá que ver cómo se descuelgan los teóricos de este caballo perdedor. Los teóricos de teorías de lazos ya empezaron a trabajar en esta posibilidad hace algunos años y, al fin y al cabo, este tipo de efectos no pertenece intrínsecamente a la teoría. La teoría de cuerdas vivió durante muchos años sin este tipo de efectos, así que es de suponer que sobreviva también a este resultado.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Vídeo.
Noticia en Physics World.
Artículo original (resumen).
¿Tiene el espacio-tiempo textura?

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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5 Comentarios

  1. JOrge:

    No soy físico pero “las teorías de todo” me recuerdan las sumas teológicas medievales: Infinitamente complejas, intelectualmente fascinantes y absolutamente indemostrables :-)

  2. joabbl:

    Yo no hablaría tanto de teorías de todo como de teorías de unificación, de compatibilizar la Relatividad de Einstein con la mecánica cuántica en una teoría nueva que englobe a las 2 como casos límite de “lo grande” y “lo pequeño”, pero hasta ahora todos los intentos han fracasado y este articulo descarta algunas hipótesis interesantes. Una teoría de todo no me parece posible, entre otras cosas porque nunca podría tener en cuenta las contingencias y el azar que probablemente tengan bastante que decir acerca de por qué el universo es como es. Pero precisamente separar lo necesario de lo casual es un tema muy peliagudo. Parece que todas las posibilidades siguen abiertas y que no hay avances…

    Saludos

  3. NeoFronteras:

    El problema con estas teorías es que están sedientas de algún tipo de comprobación experimental y a veces confunden los deseos con la realidad (como en este caso).
    De las dos que se mencionan quizás la de cuerdas es la que aspira más a ser una teoría de gran unificación, aunque no se sepa muy bien qué significa “unificación” y si sirve para algo. Quizás esa manía de querer describirlo todo con una sola teoría sea mala política, entre otras cosas porque además siempre se dejan fuera algo.
    La teoría cuántica de lazos es más modesta y pretende conseguir una teoría cuántica de la gravedad, de momento con un éxito muy moderado.
    Contar con una teoría cuántica de la gravedad consistente ya sería todo un logro, aunque no se pudieran comprobar experimentalmente. De momento no se tiene ni eso.

  4. lluís:

    Una de las predicciones de la teoría de cuerdas es que a altas energias se debería empezar a ver evidencias de una simetría que da a cada particula mediadora de las fuerzas una partícula compañera de materia y viceversa esto es la supersimetria y una manera de conseguir una “teoría del todo” sería hallando la interacción gravitatoría en forma de gravitones,supuesta partícula del campo gravitario cuya compañera supersimetrica sería el gravitino.Y aunque nadie haya demostrado que la supersimetria sea en realidad una simetria de la naturaleza, tampoco hay pruebas en contra de élla.Estoy de acuerdo con joabbl, cuando dice que de momento todas las posiblidades siguen abiertas.Además, a los teóricos de cuerdas ya les va bien que la RE aguante.

  5. NeoFronteras:

    La supersimetría no es un ingrediente intrínseco de las teorías de cuerdas, sino que fue incorporado después, una vez apareció en las teorías convencionales de partículas. Además “ingrediente” no significa “predicción”. Si la teoría de Newton utiliza la masa de los objetos para elaborar los cálculos esto no significa que si encontramos algo con masa entonces la teoría de este señor es verdadera. Su justificación viene de la comprobación de sus predicciones no de la existencia de sus ingredientes.
    La teoría de cuerdas tiene tanta libertad que literalmente es capaz de tragarse cualquier cosa. Si pasado mañana alguien encontrara las partículas “megaisométricas” seguro que se podrían incorporar a la teoría sin problemas.
    A los de cuerdas les gusta vender las pieles de osos que todavía no han cazado y saben que no van a cazar. En realidad estamos hablando de lo de siempre: dinero y poder. Una vez que uno y los suyos tienen recursos y masa crítica tienen poder como para hacer esas cosas y echar del ecosistema a los demás. Y los gobiernos y estados son poco proclives a financiar la Física teórica aunque parezca otra cosa (ni siquiera fuera). Además, últimamente el político habla menos de ciencia y se le llena la boca con la palabra “innovación” y “excelencia”, pero desconocen el significado de ambas o simplemente se lo inventa.
    Incluso un nido de físicos teóricos como el Perimeter está financiado en gran parte por el tipo de Blackberry.
    Por cierto, algunos resultados muy controvertidos de Fermi apuntan a la existencia de neutralinos, que son partículas supersimétricas. Se supone que en la materia oscura se producirían aniquilaciones de partículas de ese tipo que dan lugar a fotones gamma específicos. Habrá que esperar a ver.
    En cuanto a todas estas teorías, por desgracia ninguna funciona satisfactoriamente de momento, ni siquiera a nivel teórico.
    Quizás haya que revisar la propia MC o la RG. Intentos de lo primero se hacen pocos y cuando se hacen a veces son un poco patéticos: http://neofronteras.com/?p=2804
    El principal problema es que no hay experimentos que guíen: un “efecto fotoeléctrico” del siglo XXI.

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