El gravitón, la presunta partícula que describiría todas las fuerzas de la naturaleza

La física contemporánea nos ha revelado la existencia del mundo subatómico, el reino de lo muy pequeño y nos ha revelado también las estrellas de neutrones y la expansión del universo, el reino de las grandes masas y enormes distancias. La tragedia de la física actual es que las descripciones que hacemos del mundo microscópico y del mundo astronómico son irreconciliables. (Lea también: ¿Viola la física el sentido común?)

Si consiguiéramos evidencias observacionales de una partícula hasta ahora hipotética, el gravitón, se allanaría el camino para conseguir una descripción unificada de todas las fuerzas de la naturaleza.

La materia a pequeña escala está gobernada por tres fuerzas fundamentales, la fuerza nuclear débil, la fuerza nuclear fuerte y el electromagnetismo. Ellas obedecen las leyes de la física cuántica que entre otras cosas establece que las fuerzas entre las partículas se deben a intercambio de otras partículas que actúan como mensajeras. Así, la fuerza nuclear es transmitida por partículas llamadas gluones. La fuerza débil es transmitida por los bosones Z y W. Finalmente las fuerzas eléctricas y magnéticas son mediadas por fotones, paquetes de energía electromagnética, los componentes de la luz. La teoría cuántica explica todas las propiedades del mundo subatómico y los resultados de las colisiones que se producen en los grandes aceleradores. Es una gran teoría.

La otra fuerza fundamental es la gravitación, que moldea el mundo físico desde los planetas hasta la expansión del universo. En contra de lo que muchos creen, la gravitación es abrumadoramente más débil que las otras tres fuerzas. Basta un pequeño imán para levantar un clavo y vencer la atracción de toda la Tierra. La gravitación es tan débil que no juega ningún papel a escala microscópica y hace falta una enorme acumulación de materia para que la gravedad se imponga.

Disponemos de una gran teoría de la gravitación, la relatividad general. De acuerdo con ella, lo que interpretamos como fuerza gravedad es la deformación del tiempo y el espacio. Las ecuaciones de la relatividad nos hablan de fenómenos gravitacionales con una precisión exquisita.

La pregunta crucial es si existen situaciones donde coincidan lo muy masivo con lo muy pequeño, y necesitemos por tanto una versión cuántica de la gravedad. La respuesta es que sí. Las singularidades en el interior de agujeros negros o el mismísimo Big Bang requieren de una teoría cuántica de la gravitación.

Pero teoría cuántica y la relatividad general no se la llevan bien. Los intentos de cuantizar la gravedad no han sido totalmente exitosos.

Las analogías sugieren que la gravitación, es decir, la propia geometría del espaciotiempo, debe ser mediada por una partícula. Esta presunta partícula es el gravitón.

Tú estás intercambiando gravitones con la Tierra, y gracias a ese intercambio, tú pesas.

Las detecciones de ondas gravitacionales muestran que ellas viajan a la velocidad de la luz, y por tanto la masa del gravitón tiene que ser cero; además no tiene carga eléctrica, y su spin, que es una propiedad intrínseca de las partículas elementales, debe ser igual a 2. (Lea acá: La última prueba del universo que Einstein imaginó)

Detectar el gravitón directamente es una tarea ardua precisamente porque la gravedad es descomunalmente débil, el gravitón interactúa muy poco con la materia. Nuestros ojos detectan fácilmente unos cuantos fotones, pero la más sofisticada tecnología apenas se mueven cuando pasan billones de gravitones de una onda gravitacional.

Actualmente varios experimentos tratan de obtener evidencias indirectas de la existencia del gravitón, mientras que diversas teorías como las controvertidas supercuerdas, dimensiones extras, teoría de lazos tratan de prever sus propiedades.
La detección experimental del gravitón reconciliaría a la gravedad con los preceptos cuánticos, y tal vez nos conduzca a una descripción unificada de todas las fuerzas de la naturaleza: el santo grial de la física teórica que nos ha sido tan elusivo. (Lea acá: La ilusión del tiempo en nuestra cabeza)

La física contemporánea nos ha revelado la existencia del mundo subatómico, el reino de lo muy pequeño y nos ha revelado también las estrellas de neutrones y la expansión del universo, el reino de las grandes masas y enormes distancias. La tragedia de la física actual es que las descripciones que hacemos del mundo microscópico y del mundo astronómico son irreconciliables. (Lea también: ¿Viola la física el sentido común?)

Si consiguiéramos evidencias observacionales de una partícula hasta ahora hipotética, el gravitón, se allanaría el camino para conseguir una descripción unificada de todas las fuerzas de la naturaleza.

La materia a pequeña escala está gobernada por tres fuerzas fundamentales, la fuerza nuclear débil, la fuerza nuclear fuerte y el electromagnetismo. Ellas obedecen las leyes de la física cuántica que entre otras cosas establece que las fuerzas entre las partículas se deben a intercambio de otras partículas que actúan como mensajeras. Así, la fuerza nuclear es transmitida por partículas llamadas gluones. La fuerza débil es transmitida por los bosones Z y W. Finalmente las fuerzas eléctricas y magnéticas son mediadas por fotones, paquetes de energía electromagnética, los componentes de la luz. La teoría cuántica explica todas las propiedades del mundo subatómico y los resultados de las colisiones que se producen en los grandes aceleradores. Es una gran teoría.

La otra fuerza fundamental es la gravitación, que moldea el mundo físico desde los planetas hasta la expansión del universo. En contra de lo que muchos creen, la gravitación es abrumadoramente más débil que las otras tres fuerzas. Basta un pequeño imán para levantar un clavo y vencer la atracción de toda la Tierra. La gravitación es tan débil que no juega ningún papel a escala microscópica y hace falta una enorme acumulación de materia para que la gravedad se imponga.

Disponemos de una gran teoría de la gravitación, la relatividad general. De acuerdo con ella, lo que interpretamos como fuerza gravedad es la deformación del tiempo y el espacio. Las ecuaciones de la relatividad nos hablan de fenómenos gravitacionales con una precisión exquisita.

La pregunta crucial es si existen situaciones donde coincidan lo muy masivo con lo muy pequeño, y necesitemos por tanto una versión cuántica de la gravedad. La respuesta es que sí. Las singularidades en el interior de agujeros negros o el mismísimo Big Bang requieren de una teoría cuántica de la gravitación.

Pero teoría cuántica y la relatividad general no se la llevan bien. Los intentos de cuantizar la gravedad no han sido totalmente exitosos.

Las analogías sugieren que la gravitación, es decir, la propia geometría del espaciotiempo, debe ser mediada por una partícula. Esta presunta partícula es el gravitón.

Tú estás intercambiando gravitones con la Tierra, y gracias a ese intercambio, tú pesas.

Las detecciones de ondas gravitacionales muestran que ellas viajan a la velocidad de la luz, y por tanto la masa del gravitón tiene que ser cero; además no tiene carga eléctrica, y su spin, que es una propiedad intrínseca de las partículas elementales, debe ser igual a 2. (Lea acá: La última prueba del universo que Einstein imaginó)

Detectar el gravitón directamente es una tarea ardua precisamente porque la gravedad es descomunalmente débil, el gravitón interactúa muy poco con la materia. Nuestros ojos detectan fácilmente unos cuantos fotones, pero la más sofisticada tecnología apenas se mueven cuando pasan billones de gravitones de una onda gravitacional.

Actualmente varios experimentos tratan de obtener evidencias indirectas de la existencia del gravitón, mientras que diversas teorías como las controvertidas supercuerdas, dimensiones extras, teoría de lazos tratan de prever sus propiedades.
La detección experimental del gravitón reconciliaría a la gravedad con los preceptos cuánticos, y tal vez nos conduzca a una descripción unificada de todas las fuerzas de la naturaleza: el santo grial de la física teórica que nos ha sido tan elusivo. (Lea acá: La ilusión del tiempo en nuestra cabeza)