“Tal vez el espacio vacío no esté completamente vacío después de todo, sino impregnado de un campo desconocido, similar alcampo de Higgs“, dice el profesor Hartmut Abele de la Universidad de Tecnología de Viena, director de Atominstitut. A estas teorías se les llama teorías de la “quintaesencia” de Aristóteles, un quinto elemento hipotético agregado a los cuatro elementos clásicos de la filosofía griega antigua
Todas las partículas de las cuales conocemos su existencia hasta el momento representan tan solo alrededor del cinco por ciento de la masa y la energía del universo. El resto —lo que llamamos “materia oscura” y “energía oscura“— sigue siendo un misterio. Una colaboración europea encabezada por investigadores de la Universidad de Tecnología de Viena ha llevado a cabo mediciones extremadamente sensibles de los efectos gravitatorios a distancias muy pequeñas en el Instituto Laue-Langevin (ILL) de Grenoble. Estos experimentos proporcionan límites para posibles nuevas partículas o fuerzas fundamentales, que son cien mil veces más restrictiva que las estimaciones anteriores.
La materia oscura es invisible, pero actúa sobre la materia por su atracción gravitatoria, que influye en la rotación de las galaxias. La energía oscura, por su parte, se considera responsable de la expansión acelerada del universo. Esto puede ser descrito mediante la introducción de una nueva magnitud física: la constante cosmológica de Albert Einstein .
Si existen nuevos tipos de partículas o nuevas fuerzas adicionales en la naturaleza, debería ser posible observarlas aquí en la Tierra. Tobias Jenke y Abele, de la Universidad de Tecnología de Viena, desarrollaron un instrumento muy sensible que utilizaron en conjunto con sus colegas para estudiar las fuerzas gravitacionales.
Los neutrones son perfectamente adecuados para este tipo de investigación. No llevan carga eléctrica y son difícilmente polarizables. Sólo resultan influidos por la gravedad y, posiblemente, por las fuerzas adicionales, todavía desconocidas. Los cálculos teóricos que analizan el comportamiento de los neutrones fueron hechos por Larisa Chizhova, el profesor Stefan Rotter y el Profesor Joachim Burgdorfer (TU Viena). U. Schmidt, de la Universidad de Heidelberg y T. Lauer de la TU de Múnich contribuyeron con una herramienta analítica.
La técnica que desarrollaron toma neutrones muy lentos desde la más potente fuente continua de neutrones ultrafríos en el mundo, ubicada en el ILL en Grenoble, y los guiaron entre dos placas paralelas. Según la teoría cuántica, los neutrones sólo pueden ocupar estados cuánticos discretos con energías que dependen de la fuerza que ejerce la gravedad sobre la partícula. Haciendo oscilar mecánicamente las dos placas, se puede cambiar el estado cuántico del neutrón. De esta manera, se puede medir la diferencia entre los niveles de energía.
“Este trabajo es un paso importante para el modelado de las interacciones gravitacionales a distancias muy cortas. Los neutrones ultrafríos producidos en el ILL, junto con los dispositivos de medición de Viena, son las mejores herramientas en el mundo para el estudio de las pequeñas desviaciones pronosticadas respecto de la gravedad newtoniana pura”, dice Peter Geltenbort (ILL Grenoble).
Diferentes parámetros determinan el nivel de precisión que se requiere para encontrar estas pequeñas desviaciones; por ejemplo, la fuerza de acoplamiento entre los hipotéticos nuevos campos y la materia que conocemos. Ya se han excluido ciertos rangos de parámetros para la fuerza de acoplamiento de las partículas o fuerzas quintaesencia, tras realizar otras mediciones de alta precisión. Pero todos los experimentos anteriores aún dejan un gran espacio de parámetros en el que podrían estar ocultos nuevos fenómenos físicos no-newtonianos.
El nuevo método con neutrones puede comprobar las teorías en este rango de parámetros: “Todavía no hemos detectado ninguna desviación de la bien establecida ley de Newton de la gravedad“, dice Hartmut Abele, el líder del grupo de la investigación. “Por lo tanto, podemos excluir un amplio rango de parámetros.” Las mediciones determinan un nuevo límite para la fuerza de acoplamiento, que es inferior a los límites establecidos por otros métodos en un factor de cien mil.
Aunque la existencia de ciertas partículas de quintaesencia hipotéticas resulta desmentida por estas mediciones, la búsqueda continuará, ya que aún es posible que la nueva física se pueda encontrar por debajo de este mejor nivel de precisión. La espectroscopía de resonancia gravitatoria tendrá que ser mejorada aún más; y aumentar la precisión en unos pocos órdenes de magnitud les parece factible al equipo de Abele.
Sin embargo, si aun así esto no diese ninguna evidencia de desviaciones con respecto a las fuerzas conocidas, Albert Einstein ganaría otra victoria: su constante cosmológica aparecería entonces más y más plausible.
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