La gravedad, una partícula hipotética que transporta la fuerza de la gravedad, ha eludido el descubrimiento durante más de un siglo. Pero ahora los físicos han creado una configuración experimental que podría, en teoría, detectar estos pequeños objetos cuánticos.
De la misma manera que las partículas individuales llamadas fotones son los portadores de fuerza de un campo electromagnético, los campos gravitacionales son teóricamente partículas gravitantes llamadas gravitones.
El problema es que interactúan tan débilmente que nunca han sido detectados, y algunos físicos creen que nunca lo serán.
Pero un nuevo estudio, dirigido por la Universidad de Estocolmo, es más optimista. El equipo describió un experimento que podría medir lo que llaman el «efecto gravitofonónico» y capturar la gravedad individual por primera vez.
El experimento implicaría enfriar una enorme barra de aluminio de 1.800 kilogramos (unas 4.000 libras) hasta convertirla en una bola por encima de cero, conectarla a una serie de sensores cuánticos y esperar pacientemente las ondas gravitacionales. Cuando se hacía, el instrumento vibraba en escalas muy pequeñas, que los sensores podían ver como una serie de pasos discretos entre niveles de energía.
Cada uno de estos pasos (o saltos cuánticos) marca la detección de un único gravitón.
Luego, cualquier señal potencial se puede cotejar con los datos de la instalación LIGO para garantizar que proviene de un evento de onda gravitacional y no de una interferencia de fondo.
Es una experiencia increíblemente hermosa, pero hay un problema: estos sensibles sensores de volumen aún no existen. Dicho esto, el equipo cree que su construcción debería ser posible en un futuro próximo.
«Estamos seguros de que este experimento funcionará», afirma el físico teórico Thomas Battle, autor del estudio. «Ahora que sabemos que se pueden detectar gravitones, resulta alentador seguir desarrollando la tecnología de detección cuántica adecuada. Con un poco de suerte, pronto será posible capturar un solo gravitón».
De las cuatro fuerzas fundamentales de la física, la gravedad es con la que estamos más familiarizados todos los días, pero en muchos sentidos sigue siendo la más misteriosa. El electromagnetismo tiene fotones, la interacción débil tiene bosones W y Z, y la interacción fuerte tiene gluones, por lo que algunos modelos de gravedad debería Hay gravedad. Sin ella, es muy difícil trabajar con la gravedad en el modelo estándar de la teoría cuántica.
Sorprendentemente, esta nueva experiencia puede ayudar al volver a algunas experiencias tempranas en el campo. A partir de la década de 1960, el físico Joseph Weber intentó detectar ondas gravitacionales utilizando cilindros de aluminio sólidos suspendidos de alambre de acero para aislarlos del ruido de fondo. Según la idea, si las ondas gravitacionales pasan a través de ellos, se producirán vibraciones en los cilindros que se convertirán en señales eléctricas mensurables.
Con esta configuración, Weber insistió en que detectó ondas gravitacionales ya en 1969, pero sus resultados no pudieron replicarse y sus métodos fueron desacreditados más tarde. Este fenómeno permaneció desconocido hasta que LIGO los encontró en 2015.
Weber no buscaba específicamente la gravedad, pero podría ser una mejora de su experimento en el siglo XXI. El enfriamiento criogénico, junto con la protección contra el ruido y otras fuentes de vibración, mantiene los átomos de aluminio lo más cerca posible, por lo que las señales potenciales son claras. Y también es útil tener a mano un detector de ondas grupales certificado.
«Los observatorios LIGO detectan muy bien ondas gravitacionales, pero no pueden captar ni un solo gravitón», afirma Bettel. «Pero podemos utilizar sus datos para realizar una correlación cruzada con nuestro detector propuesto para aislar gravitones individuales».
Los investigadores dicen que los candidatos más prometedores son las ondas gravitacionales provenientes de colisiones entre pares de estrellas de neutrones, dentro del rango de detección de LIGO. Con cada evento, aproximadamente un billón de gravitones (es decir, 1 seguido de 36 ceros) pasarán a través del aluminio, pero sólo unos pocos serán absorbidos.
La última pieza del rompecabezas es ese molesto sensor cuántico. Afortunadamente, el equipo cree que la tecnología no está demasiado fuera de su alcance.
«Se han observado saltos cuánticos en materiales recientes, pero todavía no se ajustan a nuestras necesidades», dice el físico Jermaine Tober de la Universidad de Estocolmo, autor del estudio. «Pero la tecnología avanza muy rápidamente y tenemos más ideas sobre cómo hacerlo más fácil».
La investigación fue publicada en la revista. comunicación de la naturaleza.
