Los físicos teóricos coquetean con la idea de unificar la teoría general de la relatividad y la mecánica cuántica desde hace algo más de un siglo. Prácticamente desde el mismo instante en el que ambas ramas de la física vieron la luz a principios del siglo XX. El problema es que reconciliar la descripción de lo muy grande y lo muy pequeño no es nada fácil. De hecho, si no fuese tan difícil los físicos teóricos probablemente ya habrían conseguido su propósito.
La teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de bucles son las dos teorías cuánticas de la gravedad más respaldadas, aunque merece la pena que no pasemos por alto la existencia de la teoría poscuántica de la gravedad clásica que propone Jonathan Oppenheim, que es profesor de teoría cuántica en el University College de Londres. Los científicos son conscientes de lo importante que es reconciliar estas dos teorías de la física, y lograrlo pasa por ampliar nuestro conocimiento acerca de la forma en que las partículas subatómicas interaccionan con el continuo espacio-tiempo.
El problema es que la masa de las partículas es tan pequeña y su interacción con el espacio-tiempo tan débil que medir este último parámetro es extremadamente difícil. Afortunadamente, los neutrinos están aquí para rescatarnos. De hecho, estas partículas tan esquivas son las auténticas protagonistas de este artículo. Y es que sin ellas los físicos del Instituto Niels Bohr, integrado en la Universidad de Copenhague (Dinamarca) no habrían podido llevar a cabo el experimento que han diseñado para poner cara y ojos a la gravedad cuántica.
Los neutrinos y la gravedad cuántica, cara a cara
Los neutrinos son las partículas más esquivas de la naturaleza. Fueron descritos por primera vez en la década de los 30 por Wolfgang Pauli, uno de los padres de la Física Cuántica (le debemos, entre otras aportaciones, el conocido como Principio de exclusión). Sin embargo, su descubrimiento experimental se produjo dos décadas y media más tarde, a mediados de los años 50. Hay una razón contundente que explica por qué estas partículas son tan difíciles de detectar: apenas interaccionan con la materia ordinaria.
Los físicos pueden utilizar los neutrinos para estudiar la estructura del continuo espacio-tiempo y poner a prueba los principios fundamentales de la mecánica cuántica
Además, su masa es pequeñísima, su carga eléctrica es neutra y no se ven influenciados por la interacción nuclear fuerte ni por la fuerza electromagnética, aunque sí por la gravedad y la interacción nuclear débil. No cabe duda de que son unas partículas muy especiales. Los científicos suelen ilustrar lo difícil que es capturar un neutrino explicando que cada segundo varios trillones de estas partículas atraviesan tanto la Tierra como a nosotros sin colisionar con ninguna otra partícula.
Los científicos del Instituto Niels Bohr que he mencionado unas líneas más arriba han diseñado un experimento muy ingenioso que recurre a las instalaciones del observatorio de neutrinos IceCube alojado en la Antártida, en la base Amundsen-Scott. Su propósito es, como ellos mismos explican en el interesantísimo artículo que han publicado en Nature Physics, analizar el comportamiento de una gran cantidad de neutrinos de origen atmosférico para estudiar la estructura del continuo espacio-tiempo y poner a prueba los principios fundamentales de la mecánica cuántica. Ni más ni menos.
A grandes rasgos lo que han hecho ha sido analizar la interacción de los neutrinos en el rango de energía que se extiende entre 0,5 y 10 TeV y el continuo espacio-tiempo para identificar si estas partículas sufren una pérdida de coherencia durante su propagación. Para no complicar excesivamente este artículo podemos asumir que la pérdida de coherencia se produce cuando la configuración fundamental de un neutrino cambia como consecuencia, en este caso, de su interacción con el espacio-tiempo. En realidad este proceso es un poco más complicado, pero esta descripción nos sirve para intuir de qué estamos hablando.
Cabe la posibilidad de que los neutrinos procedentes del cosmos permitan a los físicos identificar su interacción con la gravedad cuántica
Después de analizar minuciosamente los datos recogidos por el observatorio IceCube los físicos del Instituto Niels Bohr llegaron a la conclusión de que no habían encontrado ninguna evidencia de la aparición de un proceso de decoherencia anómalo que delatase la posible interacción entre los neutrinos y la gravedad cuántica. Aun así, esto no significa en absoluto que esta última no exista. De hecho, este experimento ampara la posibilidad de identificar la gravedad cuántica utilizando esta estrategia.
El siguiente paso requiere analizar esta misma interacción pero utilizando los neutrinos que se originan en lo más profundo del cosmos en vez de los neutrinos atmosféricos. Cabe la posibilidad de que recurriendo a estos neutrinos y empleando detectores aún más precisos finalmente sí sea posible identificar su interacción con la gravedad cuántica, si es que realmente esta se produce. Sea como sea nos encontraremos en otro apasionante capítulo de la física. Uno cuya llegada nos mantendrá a la expectativa.
Imagen | Cmichel67
Más información | Nature Physics
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