NeoFronteras

¿Cómo detectar la energía oscura?

Área: Física — lunes, 1 de febrero de 2010

Unos físicos proponen un experimento de laboratorio para medir la energía oscura directamente.

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Esquema de cómo una densidad de energía oscura no uniforme puede ser detectada. Las regiones en gris son regiones con una pequeña fracción menos de energía oscura. Fuente: Martin Perl y Holger Mueller.

A finales de la década de los noventa los astrofísicos se vieron sorprendidos por las medidas de supernovas de tipo Ia. Este tipo de estrellas en explosión constituyen “candelas estándar” de las que se puede saber su brillo intrínseco. Midiendo el brillo observado se puede calcular la distancia a la que se encuentran. El problema vino del análisis de los datos, pues todo parecía indicar que la expansión del Universo se estaba acelerando. Después del escepticismo general, los científicos se han ido convenciendo de que el efecto de las supernovas es real y que la expansión del Universo se está acelerando, con lo que el Cosmos estará cada vez más diluido hasta que llegue un día en el que carezca prácticamente de materia.
La explicación que se ha dado habitualmente para este efecto, a falta de otra explicación física mejor, es la existencia de una energía oscura (denominada oscura porque ignoramos su naturaleza y que no hay que confundir con la materia oscura) que rellenaría el Universo y que constituiría el 70% de la masa-energía del mismo. Su valor sería de 10-10 julios por metro cúbico. El efecto de la energía oscura sería similar a una gravitación negativa.
Desde entonces se discute sobre la naturaleza de esta energía oscura, incluso algunos han negado la existencia de la misma, proponiendo que lo que vemos es una ilusión por estar en un sitio privilegiado. Otros incluso han llegado a proponer cambios en la ley de la gravedad. No es extraño que proliferen todo tipo de teorías al respecto, porque a día de hoy no tenemos ninguna medida directa de tan misteriosa energía.
Lo que sería muy interesante es diseñar algún dispositivo de laboratorio que midiera directamente esa energía. Pues bien, eso es precisamente lo que Martin Perl y Holger Mueller, de la Universidad de y Berkeley respectivamente, proponen en un artículo reciente.
Aunque la cifra dada antes de 10-10 julios por metro cúbico parece muy pequeña de medir no lo es tanto para el estándar habitual de los laboratorios. Por ejemplo un campo eléctrico de 1 voltio por metro tiene una densidad de energía de 10-12 julios por metro cúbico, que es cien veces más pequeña que la anterior.
Obviamente hay grandes diferencias entre un caso y otro, pues la materia ordinaria siente muy fácilmente los campos eléctricos y no tenemos ni idea de la naturaleza de la energía oscura. Ni siquiera podemos desconectar esa energía para así apreciar la diferencia, simplemente está siempre ahí, no tenemos un punto de referencia sobre el que medirla.
Una posibilidad es que la energía oscura no sea completamente uniforme, sino que presente un gradiente. Si es así entonces sería posible medir el efecto de ese gradiente gracias a un interferómetro atómico. Al menos, según estos dos investigadores.
Un interferómetro atómico se basa en las propiedades ondulatorias de las partículas descritas por la Mecánica cuántica. Al igual que las ondas luminosas pueden interferirse entre sí si las disponemos de las trayectorias adecuadas, podemos hacer algo similar con haces de partículas, incluso con átomos.
En este caso lo que Perl y Mueller proponen (no han realizado ningún experimento al respecto) es medir cambios en las fase de las ondas asociadas a haces de átomos que sigan trayectorias distintas. Si hay un gradiente en la energía oscura sería posible cancelar el efecto de todas las demás fuerzas y poner de relieve la presencia de la energía oscura. Sugieren usar apantallamientos convencionales que aíslen el sistema de campos electromagnéticos e interferómetros atómicos para cancelar el efecto de la gravedad.
Calculan que se podrían realizar medidas con una precisión sin precedentes. En experimentos de interferometría con un solo átomo ya se ha llegado a medir la fuerza gravitatoria con una precisión muy alta. Creen que con la actual tecnología se podría detectar esa energía oscura directamente.
No obstante, hay varios escollos en su proyecto. Por un lado no se tiene ni idea de la naturaleza de la energía oscura o si realmente presenta un gradiente. Y tampoco es seguro que pudiera ejercer una fuerza sobre los átomos del experimento. Aunque se aumentara sin parar al precisión de una experimento así quizás nunca se detectara la energía oscura, incluso si ésta existiera realmente.
Encima podría haber otras fuerzas que estropearan las medidas del dispositivo.
En todo caso merecería la pena apostar por la realización de un experimento así. Si el resultado fuera positivo seguro que sus descubridores recibirían el Nobel de Física.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=2990

Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv.

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

  1. vturiserra:

    En el siglo XVII, para intentar explicar ciertos fenómenos observables relativos al intercambio de calor entre los cuerpos, surgió la teoría del flogisto. Más adelante se descubrió que esos fenómenos podían explicarse sin recurrir a dicha teoría.

    En el siglo XIX, para intentar explicar la transmisión de ondas electromagnéticas fuera de la atmósfera, se recurrió a la teoría del éter. Más tarde se vio que dicha teoría era innecesaria.

    ¿Qué os apostáis a que la teoría de la energía oscura será el flogisto o el éter del siglo XXI? ¿Cuántos años de vida le dais todavía a dicha teoría? Yo no le doy más de 20.

  2. tomás:

    A vturisierra:
    Te acompaño en el sentimiento. Yo también sospecho algo así. Aunque sé que la Navaja de Occam no es un bisturí de precisión ¿no será más probable que algo le suceda a la gravedad, aún no comprendido, que la haga distanciarse de los cálculos en las distancias de miles de millones de años-luz, donde cualquier pequeña diferencia se hará enorme?
    Un saludo.

  3. Joabbl:

    Puestos a discrepar, que siempre es saludable, a lo mejor sí que existe esa “energía oscura” y bien podría ser la energía del vacío, esa que según la mecánica cuántica debería ser inmensamente grande e impedir que existiera nada. Tal vez algún efecto aún desconocido hace que esa energía del vacío sea 10 a la -10 julios por metro cúbico. Los experimentos están bien, en este caso pueden dar pistas, pero seguimos echando de menos una teoría precisa que lo calcule. Además está la cuestión de la constante cosmológica de las ecuaciones de campo de Einstein, que bien puede equivaler a una energía del vacio… Me temo que tal vez la energía oscura esté aquí para quedarse (y reirse de nuestra ignoranca al menos durante una larga temporada…)

    Saludos a todos

  4. lluís:

    ¿Alguien sabe cuantas mediciones más se han hecho en ese tipo de supernovas que permitieron deducir la “existencia” de esa “energía oscura”? Quizá sea un problema de medida. ¿No será la “energía oscura” el “éter” del siglo XXI?.

  5. NeoFronteras:

    Pues la verdad, tal y como se comenta por aquí, sí podría ser la energía oscura el equivalente del éter del XIX.
    Lo malo del asunto de las supernovas es que no son fáciles de medir.Habría que tener una telescopio espacial dedicado a tarea. Las supernovas (siempre de tipo Ia de brillo intrínseco conocido) que no son las cercanas sería las que más información al respecto nos podrían dar, sobre todo aquellas correspondientes a la época en la que la gravedad era más fuerte que la supuesta energía oscura. Pero éstas son las más difíciles de medir.

  6. Joabbl:

    Creo recordar que había una misión de la Nasa llamada JDEM (Joint Dark Energy Mission) cuyo objetivo era medir eso precisamente, pero me temo que fue cancelado con la excusa de que no era necesario salir al espacio para hacer ese tipo de mediciones. Así que supongo que habrá alguna futura misión desde algún observatorio terrestre. Ojalá.

    Saludos

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