Proponen el uso de ondas gravitacionales generadas en la colisión de agujeros negros para detectar, si existen, dimensiones extras del espacio.
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Es importante recordar de vez en cuando cómo funciona la ciencia o la Física en particular. O, más bien, cómo debería de funcionar, pues no siempre se hacen bien las cosas.
Una manera muy sencilla es presentar primero un problema. Para solucionar este problema se presenta un idea o hipótesis que supuestamente lo soluciona. Luego se comprueba con algún experimento u observación (a veces el Universo hace los experimentos por nosotros) si esa hipótesis es realmente válida. Si al final se tiene éxito entonces se llega a un teoría científica.
Hay un fenómeno que todo el mundo puede experimentar, pero que nadie puede explicar. Es la debilidad del campo gravitatorio. Quizás pueda parecernos que la gravedad es importante, sobre todo si tenemos una caída desde la bicicleta o rodamos por unas escaleras. La realidad es que la gravedad es muy débil.
Basta con frotar un trozo de plástico para que este se quede cargado eléctricamente. Entonces, si arrimamos este plástico cargado a unos trocitos de papel veremos cómo son atraídos y se quedan pegados. Una fuerza electrostática tan simple habrá conseguido vencer al campo gravitatorio de todo un planeta. Es un auténtico misterio. La fuerza electromagnética es mucho más fuerte que la gravedad y la constante que lo determina es muchos órdenes de magnitud mayor que la pequeña constante de gravedad universal o G. Pero lo mismo se puede decir la fuerza nuclear fuerte que mantiene los núcleos de los átomos o de la fuerza nuclear débil (que sigue siendo más fuerte que la gravedad), aunque estas dos fuerza nucleares sean de corto alcance.
Según la Teoría Cuántica de Campos, la fuerza electromagnética o las fuerzas nucleares no son más el resultado del intercambio de partículas (bosones o partículas de spin entero) entre otras partículas. Se ha tenido mucho éxito con esta descripción. Así que se ha asumido que la gravedad tiene que comportarse del mismo modo y ser el resultado del intercambio de gravitones. Quizás este prejuicio sea un error, pero se lleva persistiendo en él durante décadas.
Sin embargo, incluso si asume que la gravedad es el resultado de la acción de los gravitones, es muy difícil explicar su debilidad. Por eso hace ya bastantes años se propuso que los gravitones podría escapar de nuestra brana tridimensional e ir a otras dimensiones espaciales, cosa que no podrían hacer otros bosones de intercambio. Sólo los gravitones podrían escapar del universo hacia otras dimensiones exteriores. Este reparto multidimensional de los gravitones haría que la fuerza ejercida por ellos sobre esta brana sería más débil y por eso la gravedad sería tan débil. Lo curioso es que, bajo esta premisa, también nos podrían visitar gravitones de otras branas o universos.
De la idea rápidamente se apropiaron los cuerdistas, pues ellos, desde hace décadas, juegan con espacios multidimensionales en los que todas las dimensiones espaciales salvo tres están compactificadas. Estos no han tenido mucho éxito en casi 40 años a la hora de describir la realidad, aunque una idea tan compleja sea capaz de describir cualquier cosa.
Pero si los gravitones escapan a otras dimensiones, aunque sea sin cuerdas, entonces quizás haya desviaciones a la ley de gravedad de Newton a escalas menores de 1 milímetro. Desafortunadamente, los experimentos realizados han dado resultados negativos al respecto. Si hay dimensiones ocultas u otras branas su efecto se tiene que dejar sentir a escalas de lo muy pequeño. Pero esperar que esto se vea en un colisionador del tipo LHC es una esperanza vana, pues este tipo de máquinas nunca podrán alcanzar la energía necesaria para explorar la textura del espacio a escalas de lo muy pequeño.
Saber si hay o no estas dimensiones o si el espacio tiene o no textura (del tipo que sea) puede ayudarnos en la búsqueda de una teoría cuántica de la gravedad. Así que no es ninguna tontería estudiar el asunto, por muy exótico que todo esto parezca.
Así que lo ideal, ya que no podemos hacer experimentos en el laboratorio al respecto, será estudiar los experimentos que la Naturaleza hace por nosotros. Tienen que ser fenómenos muy energéticos, así que nada mejor que la colisión de agujeros negros. Las ondas gravitacionales generadas por este tipo de eventos pueden darnos pistas sobre este asunto, ya que, si hay estas dimensiones extras, las ondas gravitacionales (OG) pueden viajar por ellas. La idea es prometedora pues ahora que ya podemos detectar este tipo de ondas y eventos.
Gustavo Lucena Gómez y David Andriot (Instituto Max Planck de Postdam) han trabajado sobre el asunto y hallado las características que habría que buscar en la señal recibida en este caso gracias a dos efectos que han encontrado. Uno se vería a altas frecuencias en las OG y otro en la manera en la que estas ondas deforman el espacio según avanzan.
Según las OG se escapan hacia las dimensiones extras se generaría una señal extra a altas frecuencias sobre un fondo de una distribución normal en la señal recibida de estas ondas. Lo malo es que, de momento, no se cuenta con detectores que midan estas ondas a altas frecuencias, así que no sirve de mucho. Lo bueno de este tipo de señal es que sería atribuido en exclusiva a las dimensiones extras.
El segundo fenómeno sí sería detectable en la actualidad, pues modificaría la idea que tenemos de cómo se deben comportar las OG, que sería diferente si hay dimensiones extras.
Según viajan, las OG van estirando y contrayendo el espacio a su paso en diversos “modos de vibración” . Así, una pelota de fútbol tomará la forma de una rugby al paso de estas ondas y lo hará de una determinada manera predicha por la Relatividad General, que es consecuencia del estirado y compresión del espacio en el que está. Pero, si hay dimensiones extras, además el espacio se expandirá al paso de estas OG y la pelota crecerá y disminuirá en tamaño. Lo malo es que este tipo de modo puede explicarse sin necesidad de dimensiones extras, así que no sirve para confirmar la hipótesis.
Los autores dicen que cuando se cuente con más detectores de estas ondas se podrán ver o descartar estos nuevos modos de vibración del espacio.
Obviamente este y otro tipo de estudios están señalado la necesidad de construir más detectores de OG y que además operen a distintas frecuencias. A ver si la cooperación internacional nos proporciona pronto estos instrumentos.
Si al final no se confirman las dimensiones extras, entonces tendremos que replantearnos muchas cosas, incluso el concepto de unificación. Quizás, el que la gravedad sea tan débil se deba a que su origen es muy distinto al de las otras fuerzas (¿estamos llamando ‘fuerzas’ a fenómenos muy distintos?) y entonces tengamos que abandonar algunos prejuicios.
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Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]
Ilustración: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA).