Proponen un test con tecnología actual para probar la gravedad cuántica

Propuesta de configuración experimental para investigar los efectos de la estructura no conmutativa (S. Dey et al. © 2017 Nuclear Physics B).

Un equipo de físicos de diversas universidades de India, Omán, Canadá y Egipto ha propuesto una forma de probar la gravedad cuántica.

La gravedad cuántica es el campo de la física teórica que busca integrar la teoría cuántica de campos con la teoría general de la relatividad y la cuarta fuerza fundamental, la gravedad. La tarea es uno de los principales desafíos de la física teórica actual, pues hasta ahora no ha habido forma de probar ninguna teoría propuesta de la gravedad cuántica.

La comprobación, en principio, podría realizarse mediante un experimento de mesa basado en un láser que emplee la tecnología actualmente disponible, de acuerdo con un documento publicado en una edición reciente de Nuclear Physics B.

La gravedad cuántica parece ser uno de los campos más elusivos a la física actual a la luz de que sus efectos aparecen solo a escalas de energía muy alta y sus escalas de longitud diminutas correspondientes. Estas escalas extremas, cercanas a la escala de Planck (que mide cinco constantes universales), son aproximadamente 15 órdenes de magnitud más allá de las accesibles por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el experimento de mayor energía del mundo en sus túneles de 27 km de circunferencia.

Para alcanzar la escala de Planck deseada para la observación de la gravedad cuántica, los investigadores decidieron medir los efectos de una propiedad llamada no conmutativa, incluida en muchas otras teorías propuestas de la gravedad cuántica, en las que la geometría del espacio-tiempo no es conmutativa.

Con un espacio-tiempo no conmutativo es que no hay singularidades (anomalías de densidad y gravedad infinitas, donde se rompen la mayoría de las leyes de la física), lo que tiene implicaciones para otras áreas de la cosmología, como el Big Bang y los agujeros negros.

La prueba propuesta busca encontrar evidencia experimental que respalde la idea de que el espacio-tiempo sí tiene una estructura no conmutativa (donde el orden de los elementos sí altera el producto final). Para hacer esto, la prueba propuesta intenta detectar cualquier cambio en las relaciones conmutativas convencionales que ocurren en un oscilador micromecánico. Si estos cambios están presentes, indicarían una estructura no conmutativa y producirían un desplazamiento de fase óptico medible en un pulso de luz que se ha acoplado al oscilador.

Usando configuraciones ópticas actuales para el láser, el cambio de fase se puede medir con niveles de precisión suficientemente altos que, según los cálculos de los físicos, permitirían acceder a la escala de energía cercana a la longitud de Planck. En esta escala, los efectos de las teorías no conmutativas en el régimen energético relevante para la gravedad cuántica podrían ser observados.

"Esperamos que la geometría del espacio-tiempo sea una estructura emergente, que surge de una teoría puramente matemática de la gravedad cuántica", dijo a Phys.org el coautor Mir Faizal, profesor de la Universidad de Columbia Británica-Okanagan y la Universidad de Lethbridge, Canadá. "Esto es similar a la geometría de una varilla de metal que surge de la física atómica. Se ha sugerido desde varios enfoques de la gravedad cuántica que esta estructura subyacente a la geometría del espacio-tiempo puede representarse mediante geometría no conmutativa. Por lo tanto, hemos propuesto una forma de probar esta idea mediante un experimento opto-mecánico. La ventaja de tener una estructura así será que, en ella, el espacio-tiempo estará libre de singularidades, incluyendo la singularidad del Big Bang".

"Está más allá de nuestra capacidad de probar los efectos de la gravedad cuántica a través de los experimentos de dispersión disponibles, ya que es inalcanzable probar esa escala de alta energía a la que aparecen los efectos de la gravedad cuántica. Aquí proponemos un esquema alternativo elegante para probar tales teorías detectando las deformaciones que surgen de las estructuras no conmutativas. Nuestro protocolo se basa en la novedad de una configuración experimental opto-mecánica donde la información del oscilador no conmutativo se intercambia a través de la interacción con un pulso óptico dentro de una cavidad óptica. También demostramos que nuestra propuesta está al alcance de la tecnología actual y, por lo tanto, podría descubrir una ruta factible hacia la realización de fenómenos gravitacionales cuánticos a través de un simple experimento de mesa", concluye el documento.

Hans Huerto

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