Intentando explorar la escala de Planck
Intentan explorar experimentalmente la infinitesimalmente pequeña escala de Planck de manera indirecta usando sofisticados equipamientos y nuevas ideas
Hay un mundo desconocido a la escala espacial más pequeña posible. Tenemos ideas y especulaciones sobre lo que podría ocurrir ahí, pero de seguro no sabemos nada. Depende del candidato a teoría cuántica de gravedad que consideremos.
Una teoría cuántica de la gravedad debería proporcionar la Relatividad General a gran escala, pero explicar las singularidades o el mismo Big Bang. Nos debería describir el espacio-tiempo a la escala de Planck. Pero, a esas distancias, ninguna de las máquinas más poderosas construidas por la Humanidad, como el LHC, puede explorar lo que sucede.
Estudiar esa escala es un desafío tremendo. La longitud de Planck es igual a 1,6 x 10-35 metros. Si esos 34 ceros no nos parecen suficientes como para describir lo pequeña que es, podemos imaginar una realidad alternativa en la que esa longitud mide 1 metro y en ese caso un átomo tendría el tamaño de nuestro universo visible.
Lo malo es que no tenemos ninguna teoría cuántica de la gravedad fiable. De momento sólo proyectos en los que se puede creer o no. Y aunque la tuviéramos siempre se ha creído que no podríamos comprobar si es correcta con un experimento directo.
El problema es que la cantidad de modelos sobre la realidad que el ser humano puede concebir es muy superior a la realidad del Universo. En otras ramas de la Física fue relativamente fácil avanzar porque los experimentos guiaban por dónde había que ir. Era incluso al revés de lo que sucede ahora, se tenían fenómenos experimentales que no se explicaban con la Física del momento y eso empujaba el desarrollo de nuevas teorías. Quizás no tenemos una teoría cuántica de la gravedad porque no somos tan inteligentes como pensábamos o porque no tenemos experimentos que nos guíen. ¿Hemos mencionado ya que no somos capaces de llegar a la escala de Planck en la que se manifestarían los efectos cuánticos de la gravedad?
Para compensar esa carencia experimental se han propuesto observaciones con el observatorio Fermi de fotones gamma de alta energía que hayan viajado distancias cosmológicas, pero de momento no han dado resultado y posiblemente nunca lo den.
Una idea nueva es usar métodos indirectos para estudiar el efecto de las textura del espacio-tiempo a la escala de Planck, hay varios grupos en el mundo que están trabajando en esta idea. Uno de ellos es una colaboración entre el grupo de Caslav Brukner de la Universidad de Viena y el de Myungshik Kim de Imperial College London y pretenden usar espejos masivos de Planck
Este tipo de experimentos podría comprobar ciertas predicciones de los proyectos a teoría cuántica de la gravedad sobre las que se trabaja o se trabaje en un futuro.
El proyecto se basa en que según el principio de incertidumbre cuando mejor conocemos la posición de un objeto peor conocemos su cantidad de movimiento (producto de la masa por la velocidad o momento) y viceversa. Pero es posible realizar dos medidas consecutivas, una medida sobre la posición de la partícula y otra sobre su momento o al contrario. En sistemas cuánticos estas dos secuencias consecutivas de este tipo de medidas proporcionan resultados experimentales distintos. Pero según las propuestas a teorías cuánticas de la gravedad esta diferencia puede ser alterada dependiendo de la masa del sistema, ya que la longitud de Planck impone un límite inferior a la medida de la distancia. Obviamente este modificación es minúscula, si es que existe, así que hay que ingeniárselas para poderlo medir. Aún así este equipo de investigadores cree que se puede medir en el laboratorio.
El montaje consiste en un láser pulsado que interactúa cuatro veces con un espejo en movimiento y con ello se mide las diferencias entre la primera medida de la posición y después de medir su momento. Este equipo de investigadores ha mostrado que sería posible ver el efecto gracias a la medida óptica de los pulsos y mediante el control preciso de los tiempos y de todas las interacciones. Básicamente es un sistema interferométrico.
Una desviación sobre lo predicho por la Mecánica Cuántica estándar sería muy excitante, pero incluso si no se observa nada al respecto también se tendrá un resultado que también puede ayudar a encontrar nuevas teorías. Otras aproximaciones a teorías cuánticas de la gravedad predicen otros resultados en este tipo de experimento.
El equipo de Graig Hogan (de la Universidad de Chicago y director Fermilab Particle Astrophysics Center) también trabaja en este mismo campo de tratar de desvelar la estructura del espacio-tiempo. Para ello también usa un sistema interferométrico que la revele. Hogan y su equipo ya están construyendo su "holómetro", un interferómetro en forma de L con brazos de 40 metros. La ventaja de este sistema frente a LIGO (para la detección de ondas gravitatorias y basado en la misma tecnología) es que sería menos susceptible a problemas de vibraciones y ruidos parásitos al trabajar a frecuencias más altas.
No sabemos si estos experimentos tendrán éxito, pero si lo tuvieran sería fantástico. Por primera vez habría una pequeña luz experimental en la oscuridad teórica de la gravedad cuántica.
Fuentes y referencias:
– Nota de prensa.
– Artículo original.
– Artículo en ArXiv de G. Hogan.
– Aplicación para ver las escalas de la realidad.
Ilustración de cabecera: Jonas Schmöle, VCQ, Universidad de Vienna.
Fuente: neofronteras.com