Los físicos tienen un plan que persigue reconciliar de una vez por todas la teoría general de la relatividad y la mecánica cuántica. Y es, quizá, el más ambicioso de todos los que han elaborado hasta ahora. El problema es que tiene un punto crítico: requiere identificar el gravitón. A principios del pasado mes de septiembre os hablamos de esta interesantísima iniciativa científica, pero ahora conocemos nuevos detalles que nos han animado a retomarla para compartirlos con vosotros.
Como acabo de mencionar, el auténtico protagonista de este proyecto es el gravitón, y por el momento es tan solo una partícula hipotética. Los físicos que pronostican su existencia defienden que debería actuar como mediadora durante la interacción que se manifiesta en el interior de un campo gravitatorio. De esta forma el gravitón debería ser a la gravedad lo mismo que el fotón a la fuerza electromagnética. O que los bosones Z y W a la interacción nuclear débil. O que los gluones a la fuerza nuclear fuerte.
Tres de las cuatro fuerzas fundamentales que contempla el Modelo Estándar de la física de partículas ya tienen su propia partícula mediadora. Son, precisamente, las que he mencionado en el párrafo anterior. Sin embargo, la mediadora de la cuarta fuerza fundamental, la gravedad, aún no ha aparecido, si es que realmente existe. Sea como sea los físicos sospechan que si realmente el gravitón existe deberían ser capaces de identificarlo utilizando dos dispositivos que conocen bien: los sensores cuánticos y los observatorios de ondas gravitacionales.
Las tecnologías de detección cuántica son nuestras mejores aliadas
Aunque parecen algo extraordinariamente exótico, las tecnologías de detección cuántica ya se están utilizando y nos han entregado al menos uno de los grandes descubrimientos que se han producido durante las últimas décadas en el ámbito de la física. De hecho, están presentes en los observatorios de ondas gravitacionales más avanzados, como LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), en EEUU, o Virgo, en Italia.
Un conjunto de resonadores cuánticos enfriados cerca del cero absoluto podría ser capaz de detectar gravitones individuales a través de su interacción con las ondas gravitacionales
Gracias a ellas los físicos involucrados en las instalaciones del experimento LIGO consiguieron identificar las primeras ondas gravitacionales el 14 de septiembre de 2015. Acababan de confirmar una de las predicciones más esquivas derivadas de la teoría general de la relatividad. Tomando esta tecnología como punto de partida un grupo de físicos del Instituto de Tecnología Stevens, en Nueva Jersey (EEUU), ha llegado a la conclusión de que un conjunto de resonadores cuánticos enfriados cerca del cero absoluto (0 kelvin o -273,15 grados Celsius) podría ser capaz de detectar gravitones individuales a través de su interacción con las ondas gravitacionales.
Para llegar a esta conclusión han realizado unos cálculos muy complejos que explican pormenorizadamente en el artículo que han publicado en Nature Communications. En este artículo no vamos a indagar en su propuesta teórica para no complicarlo demasiado, pero al menos nos interesa saber que el resonador cuántico que proponen muy a grandes rasgos estará constituido por una barra de berilio o aluminio que será enfriada a una temperatura cercana al cero absoluto. Su plan consiste en que las ondas gravitacionales estimulen este resonador, de manera que si un gravitón interactúa con él abandonará su estado base y pasará a un estado excitado. Este mecanismo revelaría la absorción de un gravitón.
"Nuestra propuesta es similar al efecto fotoeléctrico que condujo a Albert Einstein a la teoría cuántica de la luz, solo que empleando ondas gravitacionales en vez de ondas electromagnéticas. La clave es que la energía se intercambia entre el material y las ondas en pasos discretos, de modo que los gravitones individuales se absorben y se emiten", explica el profesor Igor Pikovski, que es uno de los físicos implicados en este proyecto. Es evidente que el experimento que tienen en mente es muy complejo, y es perfectamente plausible que no tengan éxito a pesar de los cálculos que les animan a llevarlo a cabo. Aun así, su esfuerzo merece muchísimo la pena por el bien de la física fundamental y el conocimiento. Ojalá tengan suerte.
Imagen | PhilipNeustrom
Más información | Nature Communications | Quantum Insider
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