Las ondas gravitacionales podrían mostrar indicios de dimensiones adicionales

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Dimensiones ocultas podrían causar ondulaciones de la realidad mediante la distorsión de ondas gravitacionales, y la detección de semejantes marcas de dimensiones adicionales podría ayudar a resolver algunos de los mayores misterios del universo.

Los físicos se han preguntado por qué la gravedad es tan débil en comparación con las otras fuerzas fundamentales. Esto puede deberse a que parte de ella se filtra a dimensiones adicionales más allá de las tres dimensiones espaciales que experimentamos.

Algunas de las teorías que buscan explicar la unión de la gravedad y los efectos cuánticos, incluyendo la teoría de cuerdas, requieren de dimensiones adicionales, en las cuales a menudo la gravedad se propaga a través de ellas. [También hay que señalar que existen teorías, como la que mostramos en esta historia, que ofrecen explicaciones totalmente diferentes para la gravedad.] Encontrar pruebas de tales dimensiones exóticas podría, por tanto, ayudar a caracterizar la gravedad, o encontrar una manera de unir la gravedad y la mecánica cuántica; también podría abrirnos una puerta para explicar por qué la expansión del universo se está acelerando [como vimos aquí, más de lo que creíamos].

Pero detectar dimensiones adicionales es un desafío. Cualquier dimensión que existiera tendría que ser muy pequeña para evitar que tuviera efectos obvios en nuestra vida cotidiana. En un principio había grandes esperanzas (y las sigue habiendo) de que aparecieran en el Gran Colisionador de Hadrones, pero aún no se ha observado ningún signo de exista una física más allá de nuestras cuatro dimensiones [si bien sería un sueño de su directora].

¿Qué son las ondas gravitacionales?

Sin embargo, en los últimos dos años ha surgido una nueva esperanza. Las ondas gravitacionales, que son ondulaciones en el espacio-tiempo causadas por el movimiento de objetos masivos, fueron detectadas por primera vez en 2015 [puedes ver nuestro vídeo al respecto aquí]. Dado que es probable que la gravedad ocupe todas las dimensiones existentes, sus ondas son un camino especialmente prometedor para detectar cualquier dimensión más allá de las que conocemos. [Si no haces más que oír hablar del espacio-tiempo, pero no tienes muy claro qué es, puedes ver nuestra historia “¿Qué es el espacio-tiempo?“.]

“Si existen dimensiones extra en el universo, entonces las ondas gravitacionales pueden recorrer cualquier dimensión, incluso las dimensiones adicionales”, dice Gustavo Lucena Gómez, del Instituto Max Planck de Física Gravitacional de Potsdam, en Alemania.

Lucena Gómez y su colega David Andriot se dispusieron a calcular cómo potenciales dimensiones adicionales podrían afectar a las ondas gravitacionales que observamos. Encontraron dos efectos peculiares: ondas extra a altas frecuencias, y una modificación de cómo las ondas gravitacionales distorsionan el espacio.

Según halló el equipo, a medida que las ondas gravitacionales se propagan a través de una pequeña dimensión extra, deberían generar una ‘torre’ de ondas gravitacionales extra de altas frecuencias que seguirían una distribución regular.

No obstante, los observatorios actuales no pueden detectar frecuencias tan altas, y la mayoría de los observatorios planeados también se enfocarán en frecuencias más bajas. Así que, si bien estas ondas adicionales pueden estar en todas partes, serán difíciles de detectar.

El segundo efecto de las dimensiones adicionales podría ser más detectable, ya que modifica las ondas gravitacionales ‘normales’ que observamos, en lugar de añadir una señal extra. [Esto podría ayudar a refinar los cálculos del grupo de científicos que calculó la frecuencia de las primeras ondas gravitacionales del universo.]

“Si existen  dimensiones adicionales en nuestro universo, estirarían o reducirían el espacio-tiempo de una manera diferente a lo que jamás podrían hacer las ondas gravitacionales estándar”, dice Lucena Gómez.

A medida que las ondas gravitacionales ondulan a través del universo, estiran y comprimen el espacio de una manera muy específica. Es como tirar de una banda elástica: la elipse formada por la banda se hace más larga en una dirección y más corta en la otra, y luego vuelve a su forma original cuando se suelta.

(Imagen ampliable) Manera en la que se suele representar el plegamiento de varias dimensiones en la teoría de cuerdas. Imagen: Jbourjai

Pero las dimensiones adicionales provocan un cambio en la forma en que las ondas gravitacionales distorsionan el espacio, llamado ‘un modo de respiración’. Al igual que los pulmones al respirar, el espacio se expande y se contrae a medida que pasan las ondas gravitacionales, además de estirarse y contraerse.

“Con más detectores podremos ver si este modo de respiración está sucediendo”, dice Lucena Gómez.

“La presencia de dimensiones extra se ha discutido durante mucho tiempo desde diferentes puntos de vista”, dice Emilian Dudas en la Escuela Politécnica de Francia. “Las ondas gravitacionales podrían ser un nuevo giro en la búsqueda de dimensiones adicionales”.

Pero también existiría una solución intermedia: si bien la detección de ‘torres’ de ondas gravitacionales de alta frecuencia apuntaría de manera bastante concluyente a dimensiones adicionales, un modo de respiración podría ser explicado por otra serie de teorías no estándar de la gravedad.

“Probablemente no sea una firma única”, dice Dudas. “Pero sería algo muy emocionante”.

Artículo original publicado por New Scientist. Revisado y traducido por ¡QFC!

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2017-05-11T15:52:14+00:00