Un experimento busca detectar el gravitón y acercar la gravedad al mundo cuántico Editorial Aristegui Noticias

Por Julio García G. / Periodista de Ciencia

“Lo más incomprensible del Universo es que sea comprensible”, Albert Einstein.  

La infinita curiosidad humana por comprender la realidad ha hecho que surjan dos grandes formas de interpretarla. 

Estas formas son opuestas, pero son las únicas que, hasta ahora, la describen de la mejor manera posible, dado que gran cantidad de experimentos las han validado.  

La primera de ellas es la Teoría de la Relatividad General propuesta en 1915 por Albert Einstein, la cual describe geométricamente, casi de manera poética, cómo la masa de los cuerpos, como planetas y estrellas, curvan el espacio-tiempo. La curvatura se manifiesta como gravedad, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. 

La otra manera de entender todo lo que nos rodea es a través de la Mecánica Cuántica. Esta realiza una descripción a partir de partículas discretas y, al contrario que la Relatividad de Einstein, se sumerge en el mundo atómico y subatómico. 

Sin embargo, el rompecabezas para describir el Universo está incompleto debido a que tanto la Teoría de la Relatividad General, como la Mecánica Cuántica, aparentemente son incompatibles porque, además, esta última suele ser probabilística. 

Para lograr que sean compatibles y permitir que exista una gran Teoría capaz de describir de forma fidedigna el Universo, los científicos trabajan incansablemente, casi obsesivamente, en describir una Teoría del Todo donde ambas perspectivas funcionen en un mismo marco. 

Representación artística de la curvatura del espacio-tiempo. Imagen generada por IA. 

Todo apunta a que, para encontrar una Teoría capaz describirlo todo, es necesario que la gravedad, actualmente descrita como una onda, también pueda ser cuantificada como en su momento sucedió con la luz. 

A esta última, primero se le describió como una onda y, con el pasar de los años y gracias a los experimentos, también como una partícula (hoy llamada fotón). El fotón transporta la luz y está asociado a los fenómenos electromagnéticos. 

Ahora bien, ¿qué sucedería si la gravedad también tiene su propia partícula al igual que la luz tiene al fotón? 

Muchos físicos se lo han planteado a lo largo de décadas y, gracias al descubrimiento de las ondas gravitacionales en 2015, ahora es más factible encontrar al gravitón, la hipotética partícula de la gravedad. 

Por tanto, una verdadera unificación de las fuerzas de la naturaleza requiere que la gravedad sea cuántica. 

Representación artística de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Imagen generada por IA. 

Si la gravedad se puede cuantificar, al igual que la luz, entonces: ¿el gravitón podría dar sentido a un problema imposible de resolver hoy? Evidentemente sí. 

De hecho, hace algunas semanas el Instituto Stevens, una Universidad privada con bastante renombre, situada en Nueva Jersey (Estados Unidos), dio a conocer en un comunicado que uno de sus grupos de investigación, encabezado Igor Pikovski, tienen planeado, junto con la Fundación Keck, desarrollar el primer detector de gravitones individuales. 

Básicamente, lo que el equipo quiere hacer es utilizar tecnologías de sensores cuánticos avanzados y un resonador hecho con helio superfluido enfriado a estados cuánticos que, teóricamente, podría absorber energía de un solo gravitón y convertir esa absorción en un cambio detectable de energía. 

Con esto, buscan crear estados cuánticos macroscópicos que vayan más allá de la escala atómica y subatómica. 

Si los estados cuánticos macroscópicos son posibles y, sobre todo, pueden controlarse a esas escalas, entonces el experimento de Igor Pikovski podría funcionar. El asunto es que los físicos no están del todo convencidos de que verdaderamente el gravitón exista. 

Imagen artística del experimento de Pikovski. Imagen: Stevens Institute.  

No obstante, en la década de los sesenta la comunidad científica tampoco estaba segura de la existencia de ondas de gravedad. De hecho, en aquellos años un investigador de origen estadounidense, Joseph Weber, diseñó los primeros detectores de ondas gravitatorias de la historia, conocidos como barreras resonantes de Weber. 

Estos eran grandes cilindros de aluminio (de varias toneladas) que, en teoría, vibrarían ligeramente al paso de una onda gravitatoria. 

En 1969, gracias a sus cilindros, Weber anunció haber detectado señales compatibles con ondas gravitatorias, pero, desafortunadamente, otros grupos de investigación no pudieron reproducir sus detecciones. 

Aunque muy probablemente Weber no inauguró el campo de las ondas gravitatorias, sí demostró que la detección experimental de estas era concebible y, en 2015, sucedió algo que muchos científicos no esperaban: la detección de las primeras ondas gravitatorias gracias al detector LIGO, cuya creación estuvo basada en la inspiración y los trabajos previos de Weber.

El físico Joseph Weber manipulando uno de sus cilindros. Imagen: Science.org

Ahora bien, ¿La misma historia podría ocurrir si se detectan gravitones? ¿Podría ser Igor Pikovski el nuevo Weber?

Quizá es un poco prematuro aventurarse a decir que sí, pero, de existir el gravitón, es probable que pueda lograrse la unificación de las fuerzas fundamentales de la naturaleza ya que, por primera vez, la Teoría de la Relatividad y la Mecánica Cuántica dejarían de estar separadas y se podría hablar por primera vez de gravedad cuántica. 

Y, si la gravedad también puede cuantificarse, si la curvatura del espacio-tiempo es tan solo un fenómeno emergente de algo más profundo, entonces nuestra comprensión del Universo cambiaría para siempre. 

Habrá que esperar, quizá años o décadas, para que experimentos como el de Igor Pikovski y sus colegas se consoliden. Por tanto, es difícil hablar hoy de gravedad cuántica y de que el gravitón, hoy una partícula hipotética, realmente exista.  

Mientras tanto, el primer paso, desde un punto de vista experimental, finalmente está por darse y eso es lo más relevante