El gravit\u00f3n (una part\u00edcula hipot\u00e9tica que transporta la fuerza de la gravedad) ha eludido la detecci\u00f3n durante m\u00e1s de un siglo, pero ahora los f\u00edsicos han dise\u00f1ado un sistema experimental que, en teor\u00eda, podr\u00eda detectar estos diminutos objetos cu\u00e1nticos. De la misma manera que las part\u00edculas individuales llamadas fotones son portadoras de fuerza para el campo electromagn\u00e9tico, los campos gravitatorios podr\u00edan, en teor\u00eda, tener sus propias part\u00edculas portadoras de fuerza llamadas gravitones.<\/p>\n\n\n\n
El problema es que interact\u00faan tan d\u00e9bilmente que nunca han sido detectados, y algunos f\u00edsicos creen que nunca lo ser\u00e1n. Pero un nuevo estudio, dirigido por la Universidad de Estocolmo, es m\u00e1s optimista. El equipo ha descrito un experimento que podr\u00eda medir lo que llaman el “efecto gravitofon\u00f3nico” y capturar gravitones individuales por primera vez.<\/p>\n\n\n\n
El experimento implicar\u00eda enfriar una enorme barra de aluminio de 1.800 kilogramos a un poco por encima del cero absoluto, conectarla a sensores cu\u00e1nticos continuos y esperar pacientemente a que las ondas gravitacionales la recorran. Cuando se hace esto, el instrumento vibra a escalas muy peque\u00f1as, que los sensores pueden ver como una serie de pasos discretos entre niveles de energ\u00eda.<\/p>\n\n\n\n
Cada uno de esos pasos (o saltos cu\u00e1nticos) marcar\u00eda la detecci\u00f3n de un solo gravit\u00f3n. Cualquier se\u00f1al potencial podr\u00eda entonces ser cotejada con los datos de la instalaci\u00f3n LIGO para asegurar que proviene de un evento de onda gravitacional y no de una interferencia de fondo.<\/p>\n\n\n\n
Es un experimento sorprendentemente elegante, pero hay un problema: esos sensores cu\u00e1nticos sensibles en realidad a\u00fan no existen. Dicho esto, el equipo cree que su construcci\u00f3n deber\u00eda ser posible en un futuro cercano.<\/p>\n\n\n\n
“Estamos seguros de que este experimento funcionar\u00eda”, dice el f\u00edsico te\u00f3rico Thomas Beitel, uno de los autores del estudio. “Ahora que sabemos que los gravitones pueden detectarse, es una motivaci\u00f3n adicional para seguir desarrollando la tecnolog\u00eda de detecci\u00f3n cu\u00e1ntica adecuada. Con un poco de suerte, uno podr\u00e1 capturar gravitones individuales pronto”.<\/p>\n\n\n\n
De las cuatro fuerzas fundamentales de la f\u00edsica, la gravedad es la que conocemos mejor a diario, pero en muchos sentidos sigue siendo la m\u00e1s misteriosa. El electromagnetismo tiene el fot\u00f3n, la interacci\u00f3n d\u00e9bil tiene los bosones W y Z, y la interacci\u00f3n fuerte tiene el glu\u00f3n, por lo que, seg\u00fan algunos modelos, la gravedad deber\u00eda tener el gravit\u00f3n. Sin \u00e9l, es mucho m\u00e1s dif\u00edcil hacer que la gravedad funcione con el Modelo Est\u00e1ndar de la teor\u00eda cu\u00e1ntica.<\/p>\n\n\n\n
Este nuevo experimento podr\u00eda ayudar, ir\u00f3nicamente, al volver a algunos de los primeros experimentos en este campo. A partir de la d\u00e9cada de 1960, el f\u00edsico Joseph Weber intent\u00f3 encontrar ondas gravitacionales utilizando cilindros de aluminio s\u00f3lido, que estaban suspendidos de un cable de acero para aislarlos del ruido de fondo. Si las ondas gravitacionales pasaban, seg\u00fan la idea, se desencadenar\u00edan vibraciones en los cilindros que se convertir\u00edan en se\u00f1ales el\u00e9ctricas mensurables.<\/p>\n\n\n\n
Con esta configuraci\u00f3n, Weber insisti\u00f3 en que detect\u00f3 ondas gravitacionales ya en 1969, pero sus resultados no pudieron reproducirse y sus m\u00e9todos fueron desacreditados m\u00e1s tarde. El fen\u00f3meno permanecer\u00eda sin ser detectado hasta que LIGO los encontr\u00f3 en 2015.<\/p>\n\n\n\n
Weber no buscaba espec\u00edficamente gravitones, pero podr\u00eda ser posible con una actualizaci\u00f3n del siglo XXI a su experimento. El enfriamiento criog\u00e9nico, junto con la protecci\u00f3n contra el ruido y otras fuentes de vibraci\u00f3n, mantiene los \u00e1tomos de aluminio lo m\u00e1s quietos posible, por lo que las se\u00f1ales potenciales son m\u00e1s claras. Y tener un detector de ondas gravitacionales confirmado a mano tambi\u00e9n es \u00fatil.<\/p>\n\n\n\n
“Los observatorios LIGO son muy buenos para detectar ondas gravitacionales, pero no pueden capturar gravitones individuales”, dice Beitel. “Pero podemos usar sus datos para correlacionarlos con nuestro detector propuesto para aislar gravitones individuales”.<\/p>\n\n\n\n
Los investigadores dicen que los candidatos m\u00e1s prometedores son las ondas gravitacionales de las colisiones entre pares de estrellas de neutrones, dentro del rango de detecci\u00f3n de LIGO. Con cada evento, aproximadamente un undecill\u00f3n de gravitones (es decir, un 1 seguido de 36 ceros) pasar\u00edan a trav\u00e9s del aluminio, pero solo un pu\u00f1ado ser\u00eda absorbido. La \u00faltima pieza del rompecabezas son esos molestos sensores cu\u00e1nticos. Afortunadamente, el equipo cree que la tecnolog\u00eda no est\u00e1 tan lejos de alcanzarse.<\/p>\n\n\n\n
“Recientemente se han observado saltos cu\u00e1nticos en los materiales, pero a\u00fan no en las masas que necesitamos”, afirma el f\u00edsico de la Universidad de Estocolmo Germain Tobar, uno de los autores del estudio. “Pero la tecnolog\u00eda avanza muy r\u00e1pidamente y tenemos m\u00e1s ideas sobre c\u00f3mo facilitarlo”.<\/p>\n\n\n\n
La investigaci\u00f3n se public\u00f3 en la revista Nature Communications<\/a>.<\/p>\n\n\n\n