Las teorías que proponen gravitones masivos podrían explicar la naturaleza de la energía oscura.
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En un congreso de cosmólogos celebrado en Cambridge la semana pasada se debatieron las últimas ideas controvertidas sobre la naturaleza de la energía oscura, esa misteriosa energía que hace que el Universo se expanda cada vez más deprisa y que desde mediados de los noventa del pasado siglo todavía no se ha logrado saber qué es.
Generalmente se asume que la energía oscura es una suerte de constante cosmológica, una energía del vacío que provoca esa expansión acelerada. En principio no hay un gran problema en asumir que exista una energía del vacío, pues las Teoría Cuántica de Campos predice una energía no nula para el espacio vacío, pero la predicción es 120 órdenes de magnitud mayor que lo observado. Si fuera tal y como predice esa teoría, el Universo se habría expandido de tal modo al comienzo que no se hubieran formado las galaxias y nosotros no estaríamos aquí para discutir estas cosas. Se puede imaginar que esa energía sea cancelada exactamente por algún fenómeno desconocido y que sea exactamente cero. Pero no que sea cero “más un poquito”, esto equivaldría a algo casi milagroso en Física. Otra posibilidad es que esa energía del vacío se cancele exactamente hasta ser cero y que la energía oscura sea otra cosa.
Una nueva explicación se propuso en 2010 por Claudia de Rham, de Case Western Reserve University en Cleveland, y sus colaboradores. Según esta nueva propuesta la energía oscura podría ser provocada por un “gravitón” masivo. Este tipo de ideas pertenece a una serie de teorías en las que el campo gravitatorio es mediado por un gravitón que tiene masa.
Normalmente se asume que los gravitones son bosones de spín 2 sin masa, pues además es la única posibilidad para que la fuerza de la gravedad ejerza una influencia a la velocidad de la luz. La Teoría Cuántica de Campos en la que se basa el Modelo Estándar propone que cada campo está mediado por un bosón (partícula de spín entero). De este modo el electromagnetismo está mediado por lo fotones, la fuerza fuerte por los gluones, la fuerza débil por la W y Z y la gravedad por los gravitones. En el primer caso y en el último los bosones mediadores no tienen masa para que su acción pueda darse a una distancia arbitraria, aunque en los otros casos no es así, pero además no es necesario porque esas son fuerza de corto alcance, pues son las que determinan la cohesión nuclear y las desintegraciones radiactivas respectivamente.
La gravedad es de largo alcance y, obviamente, sentimos la gravedad del Sol que se encuentra lejos. De hecho, se puede determinar la atracción gravitatoria entre galaxias. Así que casi todos los físicos asumen que el gravitón no tiene masa.
Pero si los gravitones tuvieran masa, aunque esta fuera muy pequeña, podrían proporcionar una explicación a la aceleración de la expansión del Universo.
Para compaginar lo que observamos acerca de la gravedad en el Universo con esta nueva idea los gravitones masivos, estos tienen que tener entonces una masa muy pequeña. Según Rham y sus colaboradores si esta se mantiene por debajo de los 10-33 eV/c2 las observaciones serían compatibles con esta idea de un gravitón masivo. Para hacernos una idea de esta masa tan pequeña recordemos que los neutrinos tienen del orden de 1 eV/c2 y el electrón de 511.000 eV/c2.
Un gravitón masivo, aunque sea tan poco masivo, absorbería casi toda la energía del vacío y dejaría detrás un pequeño residuo de energía del vacío. Esa energía residual sería lo que llamamos energía oscura y provocaría la aceleración de la expansión del Universo.
Al principio esta solución atrajo la atención de los expertos del campo pues solucionaba el problema de la energía oscura sin necesidad de invocar nuevas fuerzas, campos, partículas o dimensiones extras. Una de las preocupaciones sobre esta teorías es que contengan fantasmas que predigan cosas raras como energías negativas y otros fenómenos no observados en la Naturaleza. La aparición de estas entidades destruye la teoría que las contiene. Rham mantiene que su teoría está libre de campos fantasma.
Algunos investigadores, como Sayed Fawad Hassan de la Universidad de Estocolmo o Rachel Rosen de Columbia University han propuesto variaciones a la teoría original que están libres de fantasmas gracias a que han combinado gravitones masivos y sin masa. Aunque exige dos tejidos espacio-temporales interaccionando entre sí. En el congreso o reunión de Cambridge se presentaron una serie de modelos basados en esta última idea de la interacción entre dos tejidos que además proporciona un mecanismo para la expansión acelerada sin necesidad de invocar una energía del vacío. Lo malo es que la simplicidad de la idea original se pierde en estos nuevos refinamientos que la hacen menos elegante.
Naturalmente el problema reside, como siempre en ciencia, en calcular predicciones que puedan ser contrastadas con la realidad observable y que las distingan de las teorías gravitatorias tradicionales.
Lo interesante es que parece que sí hay tales predicciones. Así por ejemplo, estos modelos predicen que la interacción entre la Luna y la Tierra sea ligeramente diferente y que la precesión lunar varíe en una parte en 1012. Esto podría ser medido gracias a los reflectores lunares y al uso de láseres que se envían desde la superficie terrestre. Sólo hay que mejorar la tecnología para aumentar la precisión un poco más. Muchos de estos reflectores fueron dejados allí por las misiones Apolo y se han usado rutinariamente para medir la distancia de la Tierra a la Luna con extrema precisión.
Hasta que no se mejore la precisión y se logre medir este efecto el resto de la comunidad científica permanecerá escéptica a estas teorías. Pero al menos hay que decir que estas teorías son mucho más científicas que otras que no predicen nada comprobable.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4192 [1]
Fuentes y referencias:
Noticia en Nature. [2]
Artículo I. [3]
Artículo II. [4]
Artículo III. [5]
Artículo IV. [6]
Artículo V. [7]