Probar la gravedad cuántica en el LHC

El experimento ALICE en el Gran Colisionador de Hadrones fotografiado en febrero de 2008. (Cortesía: CERN).

El hallazgo de una Teoría Cuántica de la Gravedad ha esquivado a lo mejores físicos del mundo durante casi un siglo. Además del temible reto matemático As de casar la teoría cuántica con la Relatividad General de Einstein, las extremas condiciones a las que se aplica la gravedad cuántica, por ejemplo, en los primeros 10-43 segundo del universo — hacen que sea virtualmente imposible comprobarlo en un experimento. Al menos es lo que solían pensar los investigadores.

En 1998, los físicos se dieron cuenta de que la escala natural de la gravedad cuántica (la escala de Planck, la cual corresponde a una energía de 1019 GeV) podría ser de 15 órdenes de magnitud menor si el universo tenía dimensiones espaciales adicionales en las que la verdadera fuerza de la gravedad pudiese “filtrarse”. Esto generada la idea de estudiar la gravedad cuántica en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, el cual pronto colisionará protones entre sí para producir una energía de 14 TeV (aproximadamente 104 GeV).

Tomando la existencia de grandes dimensiones extra como punto de partida, Daniel Litim de la Universidad de Sussex y Tilman Plehn de la Universidad de Edimburgo han calculado que la gravedad cuántica modificaría el índice al cual los leptones, tales como electrones y muones, se producen en las colisiones del LHC — y que el efecto podría estar presente a energías tan bajas como 6 TeV (Phys. Rev. Lett. 100 131301). Aunque existen cientos de artículos prediciendo los efectos de las grandes dimensiones extra en el LHC, muy notablemente la generación de mini agujeros negros, la mayoría tienen grandes incertidumbres y no hacen tales predicciones cuantitativas.

Campos fluctuantes

Los mayores progresos en la gravedad cuántica proceden de la Teoría de Cuerdas, la cual describe las partículas como vibraciones de cuerdas unidimensionales que oscilan en espacios de dimensiones mayores (y es la inspiración que hay tras otros modelos de dimensiones extra mayores). Un intento alternativo es la Gravedad Cuántica de Bucles, la cual desgarra nuestras nociones básicas de espacio-tiempo a la mínima escala. Litim y Plehn tomaron una aproximación más convencional permitiendo la “métrica”en la Relatividad General, la cual conecta la curvatura del espacio-tiempo con la actual materia local, para fluctuar como si fuese un campo cuántico.

En 1979 Steven Weinberg realizó este ejercicio para la gravedad en 2D, revelando que la fuerza de la interacción gravitatoria entre dos partículas depende de la energía a la que se estudian esas interacciones. Un comportamiento similar se observó para las interacciones fuerte y electromagnética, las cuales se describen mediante teorías de campo cuántico. Al igual que la interacción fuerte, el acoplamiento gravitatorio resulta ser más débil en altas energías.

Usando herramientas computacionales desarrolladas en los dos últimos años, Litim y Plehn encontraron el mismo comportamiento en cuatro dimensiones y en más. Por lo que evitaron los cálculos “divergentes” que normalmente arrojaban predicciones inciertas en las teorías de gravedad cuántica basadas en fluctuaciones métricas. “Para mi comprensión, esta es la primera vez que se ha calculado el efecto de estas fluctuaciones observables par el LHC sin ningún límite no físico LHC”, dijo Litim a physicsworld.com.

Cálculos observables

Tomando en cuenta la dependencia de energía del acoplamiento gravitatorio, Litim y Plehn calcularon el índice al cual se producen pares de leptones a partir de gravitones virtuales (las partículas “mensajeras” de la gravedad que proceden de fluctuaciones de la métrica) creadas en las colisiones del LHC. Debido a que este índice se predice con gran precisión en el Modelo Estándar de la física de partículas, cualquier incremento sería una señal de gravedad cuántica. A pesar de que la gravedad se hace más débil en altas energías, el LHC resulta ser sensible a este fenómeno gravitatorio cuántico hasta una escala fundamental de Planck de 6 TeV. Además, dice Litim, la naturaleza formal de la gravedad en altas energías deja una teoría consistente de la gravedad cuántica.

Los investigadores están actualmente trabajando en cómo diferencias un efecto debido a la gravedad cuántica de otros debidos a otros teorías distintas, tales como la Teoría de Cuerdas o la supersimentría. Para algunos, no obstante, la probabilidad de observar tal efecto es escasa. “La existencia de puntos fijos gravitatorios [que surgen de las variaciones del acoplamiento gravitatorio con la energía] alteraría la señal estándar para dimensiones extra”, dice JoAnne Hewett de la Universidad de Stanford, que realizó un cálculo similar aproximadamente a la vez que Litim y Plehn (JHEP 12(2007)009). “Estos son buenos cálculos, pero hay un gran trecho para conectarlos con la realidad”.



Autor: Matthew Chalmers
Fecha Original: 9 de abril de 2008
Enlace Original

Comparte:
  • Print
  • Digg
  • StumbleUpon
  • del.icio.us
  • Facebook
  • Twitter
  • Google Bookmarks
  • Bitacoras.com
  • Identi.ca
  • LinkedIn
  • Meneame
  • Netvibes
  • Orkut
  • PDF
  • Reddit
  • Tumblr
  • Wikio

Like This Post? Share It

Comments (8)

  1. Hal

    Ok, mu y bien. Lo único que he sacado en claro es que no entiendo absolutamente nada.

  2. [...] | Ciencia kanija Articulos RelacionadosCientíficos proponen prueba para la Teoría de Cuerdas basada en la [...]

  3. por fabor habiendo tantos niños n situacion de dsnutricion y se ponen a invertir en cosas que no avanzara en nada ya que se podria salvar tantas vdas con este monumental obra cientifica… por que no pensamos en esos chicos … la verdad cada dia entiendo menos de este mundo…

    • Srm

      En ciencia no se debe dejar de invertir JAMAS, si lo que quieres es alimentar a todos los niños que pasan hambre en el mundo, dales el presupuesto de 1 día destinado al ejercito de USA. con eso comerían chuletas i beberían vino bueno durante 3 años.

    • Jurl

      La razón de que haya hambre en el mundo es nuestra ignorancia, y nuestra horrorosa organización social y económica. Es cierto que el hambre se palía dando de comer a quien no tiene comida, pero la ciencia no es amiga de cataplasmas, es radical, va a las raíces, y lo que hay que solucionar no es una falta de comida, sino por qué en un mundo que jamás hubo tanta abundancia (y despilfarro) en ninguna época de la historia, sigue habiendo guerras (más destructivas que nunca), hambre (muere más gente que nunca) y todos los jinetes del apocalipsis que tú quieras.

      Esto no lo vas a arreglar con chorradas tipo el Domund. Aunque no lo creas, invertir en esto (con todo lo que tiene de corrupciones y corruptelas) es un camino para luchar contra el hambre y todas esas lacras mucho más rápida que una ONG donde sus jefecillos viven como Dios hospedándose en hoteles de primera clase.

      • Srm

        Entonces confirmas que lo mejor es invertir en solucionar infreastructuralmente los lugares necesitados en lugar de invertir en armas y guerras?

        • Jurl

          Tú qué crees xD.

          De la carta fundacional de la UNESCO:
          «Si no queremos sucumbir todos en la guerra, tenemos que aprender todos a vivir en paz… la defensa de la paz debe cultivarse en el mismo lugar en el que se encuentran las semillas de la guerra: en el interior de los seres humanos.»

          Que yo sepa, sólo el conocimiento (la ciencia) nos hace libres. Mejor aún que infraestructuras (que también), educación. Es la mejor inversión, la historia no hace otra cosa que confirmarlo.

  4. José Luis

    No puedo estar mas de acuerdo con Srm.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *