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Estudio teórico muestra que esta fuerza puede facilitar los cálculos cuánticos

La gravedad es difícil de controlar. Puede enviar al caos las ecuaciones de los teóricos y ha demostrado ser un obstáculo para avanzar hacia la creación de una “Teoría del Todo”. Sin embargo, un análisis muestra ahora que la gravedad puede hacer que, al menos, algunos cálculos fundamentales sean más manejables.

David Toms, físico teórico de la Universidad de Newcastle, Reino Unido, ha encontrado que la gravedad parece calmar la fuerza electromagnética a altas energías. El hallazgo podría hacer más fáciles algunos cálculos, y es un raro caso en el que la gravedad parece actuar en armonía con la mecánica cuántica, la teoría de las partículas pequeñas. El artículo se publica en la revista Nature.

Pero no hay que entusiasmarse demasiado: la elusiva Teoría del Todo no se encuentra a la vuelta de la esquina. No todo el mundo cree que los cálculos resisten un análisis. Habida cuenta de “aventurada” comprensión los físicos de la relación entre la gravedad y otras fuerzas, es demasiado pronto para sacar conclusiones profundas, dice Stanley Deser, un físico teórico en la Universidad Brandeis en Waltham, Massachusetts. Se requieren estudios de seguimiento para poner los cálculos de Toms en tierra firme.

Confusiones fundamentales

Durante décadas, los físicos teóricos han podido explicar el universo en términos de cuatro fuerzas fundamentales: la electromagnética, que produce la electricidad y el magnetismo; la fuerza nuclear débil, que modera algunas desintegraciones nucleares; la fuerza nuclear fuerte, que une los quarks entre sí en el interior de los núcleos atómicos; y la gravedad. Excepto la gravedad, todas fueron incorporadas al “modelo estándar” de la física de partículas.

Hay indicios de que puede existir una teoría aún más fundamental. A altas energías, el electromagnetismo y la fuerza débil se fusionan en una única fuerza electrodébil; y a energías aún mayores, algunas teorías aún no comprobadas, conocidas como de la supersimetría, combinan la fuerza 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 las fuerzas nuclear fuerte y electrodébil.

Pero la gravedad sigue siendo un obstinado reducto en contra el esfuerzo por crear una Teoría del Todo. La fuerza es demasiado débil a bajas energías como para encajar con el resto, y se hace demasiado fuerte a altas energías como para incluirla en una única teoría. Por otra parte, las teorías que intentan describir la gravedad en términos mecanocuánticos dan lugar a infinitos sin sentido en las ecuaciones. “Este es un problema muy serio”, dice Toms.

Pero las ecuaciones de Toms demuestran ahora que la gravedad puede ayudar a veces, en lugar de obstaculizar. Ha incluido 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 que normalmente se quiebra a energías altas, debido a que estas interacciones parecer crecer demasiado 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 se vuelva casi cero a altas energías (1015 – 1019 GeV). Este debilitamiento de la fuerza implica que, después de todo, los teóricos puedan calcular el comportamiento de los electrones y fotones de alta energía. “Lo que parece hacer la gravedad, es hacer las cosas mejores para usted”, dice Toms.

El futuro de la teoría

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

Y muchos teóricos se sienten escépticos respecto a que los cálculos de Toms soporten un examen más riguroso. “Sus matemáticas podrían ser correctas, pero creo que la interpretación no lo es”, dice John Donoghue, un físico teórico en la Universidad de Massachusetts en Amherst. Donoghue está preocupado porque cuando el método se aplica a otras interacciones, que imvolucran a otras partículas, puede arrojar una respuesta distinta. “Los efectos no son universales”, dice. 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 ocurre con la fuerza de la gravedad a altas energías, usando un nuevo planteo. Si la gravedad se debilita como las otras fuerzas, los teóricos realmente podrían estar más cerca de la Teoría del Todo. Toms dice que los cálculos serán difíciles, pero, añade, “creo que sé cómo hacerlos”.

Fuente: Nature. Aportado por Eduardo J. Carletti

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