NUEVOS LÌMITES EN LA GRAVEDAD CUÀNTICA

a teoría de la relatividad general de Einstein describe la gravitación como un fenómeno derivado de la geometría del espaciotiempo y su dinámica. En consecuencia, muchos intentos por cuantizar la gravedad pasan por cuantizar el espaciotiempo mismo: a escalas diminutas, este adoptaría un aspecto granulado. Se cree que la longitud característica de esos «gránulos» o cuantos de espaciotiempo debería rondar la escala de Planck: 10-35 metros. Esta distancia es la única escala natural que puede obtenerse a partir de las constantes fundamentales de la naturaleza, y son numerosos los argumentos que llevan a concluir que, al menos a tales distancias, los efectos de la gravedad cuántica deberían hacerse importantes.

Imagen de la fuente de rayos gamma GRB 041219A tomada en 2004 por el instrumento IBIS, a bordo del satélite INTEGRAL de la Agencia Espacial Europea. Según los autores de un estudio publicado en fecha reciente, el análisis de los fotones emitidos por GRB 041219A permite acotar la magnitud de algunos de los efectos que uno esperaría observar si el espaciotiempo exhibiese una estructura granular. A tenor de sus resultados, dichos efectos deberían ser 100 billones de veces menores que la escala de Planck (ESA/SPI TEAM/ECF).

Una de las consecuencias que se derivan de la existencia de una longitud espaciotemporal mínima es que la velocidad de la luz en el vacío dejaría de ser constante y pasaría a depender de la energía y la polarización de los fotones. ¿Por qué? La invariancia de la velocidad de la luz en el vacío a todas las escalas es una consecuencia de la teoría de la relatividad especial, la cual postula que la velocidad de la luz ha de ser idéntica para todos los observadores, con independencia de dónde estén o cómo se muevan. En términos matemáticos, eso quiere decir que las leyes físicas son invariantes bajo una serie de traslaciones y rotaciones espaciotemporales (las transformaciones matemáticas que «convierten a un observador en otro»). Pero si existe una longitud mínima, la simetría traslacional se rompe, el conjunto de simetrías de la relatividad especial deja de ser válido a todas las escalas, y la velocidad de la luz pasa a depender del sistema de referencia. A su vez, y al igual que ocurre en un sólido transparente (donde la distancia interatómica impone una distancia mínima característica), eso se traduce en que la velocidad o la polarización de la luz pasan a depender de la energía de los fotones.

Las correcciones que una teoría cuántica de la gravedad induciría sobre la propagación de la luz en el vacío serían ínfimas, pues dichas modificaciones resultan tanto menores cuanto menor sea la longitud característica de los cuantos de espaciotiempo. En concreto, la escala de Planck se halla órdenes de magnitud por debajo de las distancias más pequeñas que cualquier experimento actual es capaz de resolver. Sin embargo, tales efectos sí deberían ser medibles en fotones que hayan viajado distancias cosmológicas, ya que los cambios en la polarización de la luz o los retrasos debido a una velocidad de propagación menor se acumularían a lo largo de la trayectoria de un fotón.

A tales efectos, en fecha reciente una colaboración ha medido la polarización de los fotones emitidos por una fuente de rayos gamma muy distante. A partir de los datos obtenidos con el satélite INTEGRAL, de la Agencia Espacial Europea, los investigadores intentaron detectar cambios en la polarización de los fotones emitidos por la fuente GRB 041219A, sita a 300 millones de años luz. Gracias a argumentos teóricos bastante generales que permiten deducir la dependencia funcional de dichos cambios con la energía de los fotones, los expertos han logrado imponer una cota a la magnitud del efecto: en las unidades adecuadas, estiman que este debería ser, como mucho, 100 billones de veces menor que la escala de Planck.

Las predicciones naturales de una teoría cuántica de la gravedad requerirían que dicho efecto fuese del orden de la escala de Planck, por lo que el resultado implica límites bastante severos sobre las modelos de gravedad cuántica que requieran una cuantización fundamental del espaciotiempo. Los autores estudio, que ha aparecido publicado en Physical Review D, afirman en su artículo que el resultado mejora en cuatro órdenes de magnitud las cotas impuestas por experimentos anteriores.

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