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Un telescopio de la ESA cuestiona la física posterior a Einstein

Las observaciones del telescopio de rayos gamma de la ESA, Integral, ponen en duda las bases de la física posterior a Einstein, al demostrar que la granularidad cuántica del espacio tiene una escala mucho menor de lo que se pensaba.

La Teoría de la Relatividad General enunciada por Albert Einstein describe las propiedades de la gravedad y asume que el espacio-tiempo es suave y continuo. Por otra parte, la Mecánica Cuántica sugiere que el espacio presenta una estructura granular en las escalas más pequeñas, como la arena en una playa.

Uno de los principales retos de la física moderna es conciliar estos dos conceptos en una única teoría, conocida como gravedad cuántica.

Los resultados de las observaciones realizadas por el satélite Integral de la ESA imponen unos nuevos límites para el tamaño de estos gránulos cuánticos, demostrando que tienen que ser mucho más pequeños de lo que predecían las hipótesis actuales.

Según los cálculos, la presencia de estos gránulos microscópicos debería alterar la forma en que se propagan los rayos gamma por el espacio, cambiando la dirección en la que oscilan, una propiedad conocida como polarización.

Los rayos gamma de alta energía deberían ‘retorcerse’ más que los de baja energía, y la diferencia en su polarización podría ayudar a estimar el tamaño de los gránulos cuánticos.

Philippe Laurent y su equipo de CEA Saclay han utilizado los datos generados por el instrumento IBIS de Integral para buscar diferencias en la polarización de los rayos gamma de alta y baja energía emitidos durante uno de los destellos de rayos gamma (GRBs) más intensos jamás detectado.

Los GRBs tienen su origen en los fenómenos más violentos del Universo. Se piensa que la mayoría de los GRBs se generan cuando una estrella muy masiva colapsa en una estrella de neutrones, o cuando un agujero negro se alimenta de los restos de una supernova. Estos fenómenos tan energéticos emiten un gran pulso de rayos gamma que dura apenas unos pocos segundos o minutos, pero que llega a brillar más que galaxias enteras.

El GRB 041219A se produjo el 19 de diciembre de 2004, y se catalogó inmediatamente dentro del 1% de los GRBs más intensos jamás detectados. Su brillo fue tan intenso que Integral pudo medir con precisión la polarización de sus rayos gamma.

Laurent y su equipo buscaron diferencias en la polarización de los rayos gamma a distintos niveles energéticos, pero no fueron capaces de detectar nada dentro de los límites de resolución de los datos. 10-35 metros (un milímetro equivale a 10-3 metros).

Los datos adquiridos por Integral, cuya resolución es unas 10 000 veces mejor que la de cualquiera de sus predecesores, sugieren que la granularidad cuántica debe ser del orden de los 10-48 metros, o incluso menor.

“Estos resultados son muy importantes para la física fundamental, y permitirán descartar algunas de las hipótesis de la teoría de cuerdas y de la gravedad cuántica de bucles”, explica Laurent.

Integral realizó una observación similar en el año 2006, al detectar una emisión polarizada procedente de la Nebulosa del Cangrejo, los restos de una supernova que se encuentran a tan sólo 6500 años luz de la Tierra, en nuestra propia galaxia.

Esta segunda observación, sin embargo, aporta menos información, ya que se estima que el GRB 041219A se originó a unos 300 millones de años luz de la Tierra, y el giro debido a los gránulos cuánticos se va acumulando a medida que los rayos viajan por el espacio, hasta alcanzar una magnitud detectable.

Como ninguna de estas dos observaciones ha permitido detectar variaciones en la polarización de los rayos gamma, se piensa que los gránulos cuánticos tienen que ser más pequeños de lo que sugerían las primeras hipótesis.

“La física fundamental puede que sea una de las aplicaciones menos evidentes de los datos de Integral”, explica Christoph Winkler, Científico del Proyecto Integral para la ESA, “pero nos ha permitido dar un gran paso en el estudio de la naturaleza del espacio”.

Fuente: EuropaPress

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Científicos crean LUZ por primera vez de la “nada”

Un grupo de físicos de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Gothenburg, Suecia, ha logrado algo casi «divino».

Ha producido fotones visibles a partir de las partículas virtuales que se creía existían en el vacío cuántico. En pocas palabras: han obtenido luz prácticamente de la nada.

Para conseguir esta hazaña científica, algo que hasta ahora era solo una teoría, el equipo ha utilizado un dispositivo superconductor de interferencia cuántica (SQUID) que consigue modular la velocidad de la luz.

Los investigadores presentarán sus conclusiones la próxima semana en Padua, Italia. De momento, la investigación aparece publicada en arXiv.org, y los autores no quieren ofrecer más datos hasta que su trabajo esté listo para su publicación en una revista de alto nivel. Sin embargo, científicos que no están directamente vinculados al equipo de Chalmers aseguran en la web de Nature que el resultado es impresionante. Si la investigación se verifica, se convertirá en una de las pruebas experimentales más inusuales de la mecánica cuántica en los últimos años y «un hito importante», afirma John Pendry, físico teórico del Imperial College de Londres, ajeno al estudio. «Es un gran avance», añade Federico Capasso, un físico experimental en la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, quien ha trabajado en los efectos cuánticos similares.

El experimento radica en uno de los más extraños y más importantes principios de la mecánica cuántica: el principio de que el espacio vacío es…. todo lo contrario. La teoría cuántica predice que el vacío es en realidad una espuma retorcida en el que las partículas revolotean.

La existencia de estas partículas es tan fugaz que a menudo se describe como virtual. Sin embargo, puede tener efectos tangibles. Por ejemplo, si dos espejos se colocan muy muy próximos entre sí, las partículas virtuales que existen entre ellos y fuera crearán una fuerza que empujará las placas metálicas entre sí. Es lo que se conoce como «Efecto Casimir», en honor al físico holandés Hendrik B.G. Casimir, quien propuso esta teoría junto a su colega Dirk Polder en 1940.

Un experimento «muy inteligente»
Durante décadas, los teóricos han predicho que un efecto similar puede producirse en un solo espejo que se está moviendo muy rápidamente. Según la teoría, un espejo puede absorber la energía de los fotones virtuales en su superficie y volver a emitir esa energía como fotones reales. El efecto sólo funciona cuando el espejo se mueve a través del vacío a casi la velocidad de la luz, lo que es casi imposible para los dispositivos mecánicos que utilizamos a diario.

Los físicos de Chalmers consiguieron evitar el problema utilizando una pieza de la electrónica cuántica conocida como dispositivo superconductor de interferencia cuántica (SQUID), que es extraordinariamente sensible a los campos magnéticos. De esta forma, el dispositivo actuó como un espejo y ajustando la dirección del campo magnético miles de millones de veces por segundo consiguieron «menearlo» a alrededor del 5% de la velocidad de la luz, lo suficiente para ver el efecto.

El resultado fue una lluvia de fotones saltando desde el vacío. Capasso cree que el experimento es «muy inteligente», y una buena demostración de la mecánica cuántica, aunque duda de que pueda tener algún efecto práctico. Sea como sea, para los físicos es un logro realmente emocionante.

Fuente: abc.es