Ciencia Kanija

La misteriosa presencia cósmica llamada energía oscura, que está acelerando la expansión del universo, podría estar acechando en las dimensiones ocultas del espacio. La idea explicaría cómo estas dimensiones se mantienen estables – un gran problema para el esquema unificado de la física llamado Teoría de Cuerdas.

Desde que los astrónomos descubrieron a mediados de los 90 que las otras galaxias están alejándose de forma acelerada de nosotros, los físicos han intentado explicar el porqué. Su sugerencia favorita es que las vibraciones cuánticas en el vacío del espacio (llamadas energía del vacío o constante cosmológica) podrían producir gravedad repulsiva.

De acuerdo con los cálculos, sin embargo, estas vibraciones deberían poseer una ridículamente alta densidad energía – 122 órdenes de magnitud mayores que la observada – o cancelarse exactamente en cero. Hacer que casi se cancelen pero no del todo, de acuerdo con las observaciones astronómicas, significaría una chapuza en las ecuaciones de campo cuántico.

A menos que las vibraciones cuánticas estén incrustadas en un pequeño espacio. Brian Greene y Janna Levin de la Universidad de Columbia en Nueva York, Estados Unidos, se dieron cuenta de que en un espacio confinado, las frecuencias de resonancia natural destacarán, evitando que las vibraciones se cancelen completamente. Es un poco como las notas resonantes producidas por un instrumento musical – excepto que en lugar de ondas de sonido, las vibraciones son campos de fuerza cuántica fluctuantes, y estos instrumentos son un conjunto de dimensiones en ángulos rectos a la realidad cotidiana.

Incluso aunque la vibración esté aprisionada en estas otras dimensiones puede extender su influencia gravitatoria a nuestro espacio. Su gravedad es también repulsiva en nuestro espacio, como la constante cosmológica “común”, por lo que provocaría aceleración cósmica. Para conseguir la misma cantidad de aceleración vista por los astrónomos, Greene y Levin calcularon que las dimensiones extra deberían tener una escala de aproximadamente 0,01 milímetros. La energía oscura estaría oculta en me menos del grosor de un cabello.

Fijo a la brana

Hasta ahora, los físicos sólo han esbozado la idea. “Queremos lanzarlo para que la gente pueda contribuir con ideas”, dijo Levin a New Scientist.

Pero ya pueden usarlo para resolver otro problema más abstruso. Uno de los candidatos más populares para una teoría que unifique la gravedad con las otras fuerzas, la Teoría de Cuerdas, requiere que haya siete dimensiones extra curvadas en un pequeño espacio. Desafortunadamente, resultan ser inestables, con tendencia a estallar.

En la nueva teoría, se puede forzar el comportamiento de estas dimensiones extra. El equilibrio correcto de los campos de fuerza cuántica actuaría como una amortiguador en estas dimensiones extra, fijándolas en un tamaño dado.

“Parece que vale la pena explorarlo más para ver dónde lleva la idea”, dice Glenn Starkman, cosmólogo teórico de la Universidad de Case Western Reserve en Cleveland, Ohio, Estados Unidos.

Por tanto, si las dimensiones tienen efectivamente 10 micras de diámetro, ¿por qué no podemos verlas? Por el momento, la teoría de Greene y Levin sólo funciona en el marco cosmológico de un “mundobrana”, el cual describe un universo en 3D como una membrana flotando en un espacio dimensional mayor. La mayoría de partículas y campos están firmemente fijos a la brana, lo cual es la razón de por qué no podemos ver las dimensiones extra o entrar en ellas.

Prueba experimental

En la versión básica del mundobrana, la única fuerza que llega más allá del mundobrana es la gravedad. El campo gravitatorio solo no tendría vibraciones con las propiedades adecuadas para la teoría de Greene y Levin, por lo que tuvieron que añadir otro campo ad hoc y fijar su fuerza para producir la cantidad adecuada de repulsión. “Hemos hecho un modelo de juguete con campos falsos”, dice Levin.

Una causa para el optimismo, sin embargo, es que este campo falso tiene casi la misma fuerza que el campo asociado a los neutrinos – las ligeras y escurridizas partículas que ejercen fuerzas nucleares débiles. El campo de Greene y Levin no puede provenir de los neutrinos comunes, ya que, como otras partículas, están sujetos a nuestra brana. Pero sugieren que un “neutrino estéril” podría existir en las dimensiones extra, haciendo que su presencia se sienta sólo como la fuente de la energía oscura.

La teoría de Greene y Levin implica que la gravedad debería ser más fuerte en distancias cortas, alrededor de la escala de las dimensiones extra. Eric Adelberger y su equipo de la Universidad de Washington en Seattle, Estados Unidos, han ejecutado una serie de experimentos usando un péndulo giratorio para medir la fuerza de la gravedad en rangos cortos, y ya han descartado que las dimensiones extra sean mayores que 0,1 milímetros. Están planeando un nuevo experimento para probar distancias aún más cortas.

Si el péndulo de Adelberger empieza a ver gravedad creciente por debajo de los 0,01 milímetros, podría ser una señal de que Greene y Levin están en lo cierto, y que la fuerza que está rasgando nuestro universo en realidad es un invasor de otra dimensión.