La gravedad muestra su lado más amable

Gravedad y Teoría del TodoUn estudio teórico demuestra que la fuerza puede facilitar los cálculos cuánticos.

La gravedad es rebelde. Puede arrojar al caos las ecuaciones de los teóricos, y ha demostrado ser una piedra en el camino hacia la creación de una “Teoría del Todo”. Pero un reciente análisis demuestra que la gravedad puede hacer que, al menos ciertos cálculos fundamentales, sean más manejables.

David Toms, físico teórico de la Universidad de Newcastle en el Reino Unido, ha encontrado que la gravedad parece calmar la fuerza electromagnética a altas energías. El hallazgo podría facilitar algunos cálculos, y es un extraño caso en el que la gravedad parece funcionar en armonía con la mecánica cuántica, la teoría de las partículas pequeñas. Su artículo se publica hoy en la revista Nature1.

Pero no te emociones demasiado: la esquiva Teoría del Todo no está a la vuelta de la esquina. No todos creen que los cálculos se sostendrán bajo el escrutinio. Dada la “dudosa” comprensión de los físicos de la relación entre la gravedad y otras fuerzas, es demasiado pronto para arrojar alguna conclusión profunda, dice Stanley Deser, físico teórico de la Universidad de Brandeis en Waltham, Massachusetts. Se necesitan estudios de seguimiento para poner los cálculos de Toms en suelo firme.

Confusión fundamental

Durante décadas, los físicos teóricos han sido capaces de explicar el universo en términos de cuatro fuerzas fundamentales: la electromagnética, que provoca la electricidad y el magnetismo; la fuerza nuclear débil, que modera algunos decaimientos nucleares; la fuerza nuclear fuerte, que une los quarks entre sí dentro del núcleo atómico; y la gravedad. Todas excepto la gravedad se han incorporado al “modelo estándar” de la física de partículas.

Hay signos de que puede haber una teoría aún más fundamental. En altas energías, el electromagnetismo y la fuerza débil se fusionan en una única fuerza “electrodébil”; y a energías aún mayores, algunas teorías aún por comprobar conocidas como supersimétricas combinan la electrodébil con la fuerza nuclear fuerte. Los teóricos esperan que el acelerador de partículas más potente del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones cerca de Ginebra, Suiza, proporcione pruebas de esta fuerza combinada de la nuclear fuerte y electrodébil.

Pero la gravedad sigue siendo un tozudo obstáculo contra el esfuerzo por crear una Teoría del Todo. La fuerza es demasiado débil a bajas energías para encajar con el resto, y se hace demasiado fuerte en altas energías para incluirse en una única teoría. Además, las teorías que intentan describir la gravedad en términos mecánico-cuánticos llevan a infinitos sin sentido en las ecuaciones. “Este es un problema muy serio”, dice Toms.

Pero las ecuaciones de Toms han demostrado que la gravedad a veces puede ayudar más que estorbar. Incluyó una formulación cuántica de la gravedad en un cálculo de la electrodinámica cuántica (QED), una teoría que describe cómo interactúan los electrones con las partículas de luz, conocidas como fotones. La teoría normalmente colapsa en energías altas, debido a que estas interacciones parecer hacerse demasiado fuertes para calcularse usando métodos convencionales.

En el trabajo de Toms, la gravedad atenúa la interacción, haciendo que la fuerza entre el electrón y el fotón sea casi cero en altas energías (1015–1019 GeV). Este debilitamiento de la fuerza implica que, después de todo, los teóricos pueden calcular el comportamiento de los electrones y fotones de alta energía. “Lo que parece hacer la gravedad es facilitar las cosas”, dice Toms.

El futuro de la teoría

Aún hay mucho trabajo por hacer, advierte Toms. Sus cálculos no proporcionan una visión básica de por qué la gravedad debilitaría esas otras fuerzas. Es más, aún es probable que la propia gravedad se haga incontrolablemente fuerte a energías muy altas.

Y muchos teóricos se mantienen escépticos respecto a que los cálculos de Toms aguanten un examen más riguroso. “Sus matemáticas podrían ser correctas, pero creo no lo es su interpretación”, dice John Donoghue, físico teórico de la Universidad de Massachusetts en Amherst. Donoghue está preocupado porque cuando el método se aplica a otras interacciones que implican a otras partículas, podría arrojar una respuesta distinta. “Los efectos no son universales”, señala. Esto sería un gran problema para los teóricos, que quieren que sus métodos se apliquen a todo por igual.

Toms admite que “no puede decir con seguridad” si su método será universal. Planea echar un segundo vistazo a lo que sucede con la fuerza de la gravedad en altas energías, usando una nueva aproximación. Si la gravedad se debilita como las otras fuerzas, los teóricos realmente podrían estar un paso más cerca de la Teoría del Todo. Toms dice que los cálculos serán difíciles, pero añade: “creo que sé cómo hacerlos”.


Referencias:
1. Toms, D. J. Nature 468, 56-59 (2010).

Autor: Geoff Brumfiel
Fecha Original: 3 de noviembre de 2010
Enlace Original

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Comments (2)

  1. Los interesados en más información, algo más técnica, incluye alguna que otra fórmula, pueden leer en mi blog “El efecto de la gravedad (clásica) sobre la libertad asintótica en las teorías gauge,” 3 Noviembre 2010.

    Mucha gente ha criticado este trabajo de Toms porque, aunque esté publicado en Nature, aporta poco al trabajo previo de Robinson y Wilczek, publicado en PRL; mucha gente, incluyendo varios españoles, han publicado trabajos similares al de Toms, pero ninguno ha llegado tan lejos como a Nature. Habrá que esperar varias décadas para ver si este trabajo llega a algún sitio o se queda en “el burro que hizo sonar la flauta.” La escala de 10^15 GeV es miles de veces menor que la escala de Planck, pero es un billón de veces mayor que las escalas de energía “razonables” en los experimentos actuales.

  2. Definitivamente esto es para los expertos, : >

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