La materia oscura podría surgir de forma natural a partir de la gravedad cuántica

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Un físico de los Estados Unidos ha calculado que la materia oscura — la entidad desconocida que forma la abrumadora mayoría de la materia del universo – podría surgir en una simple teoría cuántica de la gravedad generalizada.

Uno de los problemas más perdurables de la física moderna es que las teorías cuántica y de la gravedad no se mezclan con facilidad. Durante 90 años la teoría de la relatividad general de Einstein ha hecho un buen trabajo al describir la gravedad a grandes escalas, pero tiene problemas para las cosas pequeñas, donde predomina la mecánica cuántica. El problema está, en parte, en el hecho de que la mecánica cuántica predice la existencia de fugaces “partículas virtuales”, las cuales provocan molestos valores de infinito en las ecuaciones de Einstein.

La mayor parte de los físicos creen, por tanto, que necesitamos una teoría cuántica de la gravedad. Una forma básica de explorar esta idea es observando una “teoría de campo efectiva”, la cual describe la fuerza gravitatoria como una serie bien definida. En la gravedad de Einstein la serie tendría sólo un término: una función lineal de R, la curvatura del espacio-tiempo. Sin embargo, para abordar problemas cuánticos pueden añadirse otros términos a la serie, tales como una función R2. Estos términos de mayor orden contienen otros parámetros, y para R2 uno de esos parámetros es m2, donde m es la masa de una nueva partícula escalar o campo.

Mantenlo pesado

Un posible efecto colateral de introducir nuevos términos es que la teoría puede crear efectos gravitatorios que ya se habría mostrado en los experimentos. Por consiguiente, los teóricos normalmente mantienen m pesada de tal forma que todos los nuevos efectos queden ocultos por debajo de la conocida como longitud de Planck (aproximadamente 10-35 m), donde la teoría de Einstein de la gravedad colapsa. Ahora, no obstante, José Cembranos de la Universidad de Minnesota en los Estados Unidos, ha encontrado que cuando hace m mucho más ligera, la partícula puede ser tomada como la materia oscura. La partícula puede ser identificada como un nuevo gravitón, y funcionaría en longitudes de aproximadamente 0,1 mm o menores.

Nadie sabe aún que es la materia oscura, aunque las explicaciones más frecuentes que se dan están dentro de partículas hipotéticas o versiones modificadas de la gravedad. Cembranos dijo a physicsworld.com que su estudio es importante debido a que “ayuda a obtener una idea general de cuáles pueden ser las señales u observaciones si la materia oscura está relacionada con la finalización cuántica de la interacción gravitatoria”.

“Creo que el modelo R + R2 es otro ejemplo interesante de las similitudes y diferencias de la gravedad modificada contra la materia oscura ‘real’”, dice HongSheng Zhao de la Universidad de St. Andrews en el Reino Unido. “Estoy bastante de acuerdo en que podría amoldarse a un campo escalar el cual podría agruparse. Tales cúmulos podrían curvar las órbitas de las estrellas como la materia oscura real, pero no está claro su curvarían la luz como la auténtica materia oscura”.

Por no mencionar la gravedad

No obstante, Nemanja Kaloper, físico en la Universidad de California en Davis que estudia teorías de la gravedad alternativas dice que no está entusiasmado con el estudio de Cembranos. Considera que la aproximación del tipo de teoría de campo efectivo tomada por Cembranos para ser como la gravedad normal de Einstein con un campo escalar extra que explica la materia oscura funcionaría sólo si se ajusta con cuidado. “Todo esto puede hacerse sin siquiera mencionar la gravedad f(R)”, añade. “No es necesario nada, e introducirlo de verdad es hacer la historia menos predictiva debido a que el parámetro que determina la masa escalar no es calculable de forma única pero es muy sensible a la finalización ultravioleta de la teoría”.

La investigación se publica en Physical Review Letters.


Autor: Jon Cartwright
Fecha Original: 21 de abril de 2009
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