NeoFronteras

Proponen ciertas medidas experimentales para comprobar si es verdad que nuestro universo tienen menos de 3 dimensiones espaciales a alta energía o escala pequeña.

Según las cuerdas y similares el espacio podría tener 10 o 26 dimensiones y nosotros sólo veríamos 3 de ellas. A las cuerdas se añadió el ingrediente de las branas hace tiempo, sugiriéndose que nuestro universo ocuparía una de ellas de la multitud de branas posibles. Otros modelos, sin incluir cuerdas, proponen también esta idea de las dimensiones extras para explicar la debilidad de la fuerza gravitatoria (problema de la jerarquía) al permitir a los gravitones escapar de nuestro espacio tridimensional. No hace falta decir que todavía nadie ha podido aportar pruebas experimentales de la existencia de esas dimensiones extras, son predicciones de la teoría o ingredientes matemáticos necesarios para que ésta funcione.
Pero además de las teorías de cuerdas y sucedáneos, hay otras teorías más o menos especulativas que pretenden explicar la gravedad o la estructura del espacio-tiempo desde el punto de vista cuántico. Algunas de esas teorías o ideas proponen una especial estructura al espacio-tiempo que es justo al contrario de lo que hacen las cuerdas, pues reducen el número de dimensiones, al menos a pequeña escala.
Supongamos que el universo tiene realmente sólo 1 dimensión espacial y 1 temporal (1+1) a muy pequeña escala, pero que ésta dimensión se estructura a escala mayor (la que vemos) para producir el espacio tridimensional ordinario (3+1). Esta dimensión espacial única estaría «plegada» de tal modo que produciría las otras dos según se suceden transiciones al disminuir el nivel de energía.
Pero a alta energía o distancias pequeñas, algo que habría pasado al comienzo del Big Bang, esta estructura dimensional se pondría de manifiesto. El universo caliente a alta energía del comienzo del Big Bang sería 1+1, luego al enfriarse habría producido un universo 2+1 y más tarde uno 3+1 a través de 2 cambios de estado al pasar por sendos puntos de transición. Si esta idea es cierta, el universo podría sufrir otra transición de fase en el futuro según éste se enfría, se expande y decrece el nivel de energía del mismo. Entonces pasaríamos de un estado 3+1 a un estado 4+1 al cruzar el siguiente punto de transición.
Recientemente se ha propuesto que algunos efectos observados en eventos de rayos cósmicos, concretamente los observados en las montañas Pamir, se podrían explicar mediante esta idea de la baja dimensionalidad en la escala pequeña.
Pero lo que diferencia una teoría científica de la que no lo es científica es la capacidad de poder elaborar una predicción que sea comprobable experimentalmente. Jonas Mureika y Dejan Stojkovic proponen en un artículo publicado en Physical Review Letters un método independiente de detectar esa estructura espacial
Los teóricos que trabajan en esta idea (entre los que se cuenta el propio Stojkovic) no saben a que energía exacta o distancia se produciría la transición desde un universo 1+1 a un universo 2+1 y luego la de un universo 2+1 a uno 3+1. Se especula que quizás la primera transición se dé a unos 100 TeV y la segunda a 1 TeV.
Sin embargo se ha podido ver que ciertos rayos cósmicos con energías del orden de 1 TeV producen flujos de partículas que parecen estar alineados en un plano bidimensional. Esto significaría que por encima de cierto nivel de energía las partículas se propagarían en un plano en lugar de en tres dimensiones. Pero esta prueba experimental es demasiado débil, así que Mureika y Stojkovic proponen otras medidas que se podrían efectuar para comprobar esta idea.
Se podrían realizar experimentos con rayos cósmicos de alta energía (10 TeV) para intentar ver señales de la transición de 1+1 a 2+1. Además se podrían usar el LHC para poner a prueba la idea buscando esta misma transición, ya que la energía necesaria es o será alcanzable en dicho colisionador.
Otra manera de poner a prueba esta idea es el estudio de la propagación de ondas gravitatorias en el universo temprano. En esa época no existirían los suficientes grados de libertad como para propagar ondas gravitatorias en 2+1. Si finalmente contamos con buenos interferómetros se podrían observar las ondas gravitatorias primordiales y comprobar que no serían producidas más allá de cierta frecuencia. Habría pues una frecuencia máxima universal en la que las ondas gravitatorias se podrían propagar, algo que marcaría la transición dimensional. Estos investigadores esperan que en el futuro interferómetro LISA se pueda comprobar este punto.
La ventaja de esta reducción de dimensiones espaciales es que es posible elaborar una teoría cuántica de la gravedad en 1+1 o en 2+1 sin los problemas que aparecen en sus versiones en 3+1. otra ventaja es que la reducción espacio-temporal podría resolver el problema de la constante cosmológica, que parece estar finamente ajustada a la existencia de vida y a los datos observacionales, pero cuyo valor está a muchos órdenes de magnitud de diferencia por debajo de lo predicho por la teoría cuántica de campos para la energía del vacío. Esta diferencia de energía podría estar oculta en los pliegues de nuestro espacio 3+1.
Posiblemente esto sólo sea una teoría especulativa más, pero al menos produce ciertas predicciones comprobables experimentalmente.

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Fuentes y referencias:
Vanishing Dimensions and Planar Events at the LHC.
Detecting Vanishing Dimensions via Primordial Gravitational Wave Astronomy
Detecting Vanishing Dimensions Via Primordial Gravitational Wave Astronomy.
Searching for the Layered Structure of Space at the LHC.
Más allá de las cuerdas.

Foto: Creatingthehive