Las ondas gravitacionales, o ondas en el espacio-tiempo, se deslizan a través de la Tierra todo el tiempo, llevando secretos sobre el universo. Pero hasta hace unos años, no podíamos detectar estas ondas en absoluto, e incluso ahora, tenemos la capacidad más básica para detectar el estiramiento y la compresión del cosmos.
Sin embargo, un nuevo cazador de ondas gravitacionales propuesto, que mediría cómo interactúan las partículas de luz y gravedad, podría cambiar eso. En el proceso, podría responder grandes preguntas sobre la energía oscura y la expansión del universo.
Los tres detectores en la Tierra de hoy, todos juntos llamados Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) y Virgo, funcionan de acuerdo con el mismo principio: a medida que una onda gravitacional se mueve a través de la Tierra, se estira y aprieta débilmente el espacio-tiempo. Al medir cuánto tarda una luz láser en recorrer largas distancias, los detectores notan cuándo cambia el tamaño de ese espacio-tiempo. Pero los cambios son minuciosos y requieren un equipo extraordinariamente sensible y métodos estadísticos para detectar.
En este nuevo artículo, tres investigadores propusieron un método radicalmente nuevo: buscar ondas gravitacionales buscando los efectos de las interacciones directas entre los gravitones, partículas teóricas que transportan la fuerza gravitacional, y los fotones, las partículas que forman la luz. Al estudiar esos fotones después de que hayan interactuado con los gravitones, debería poder reconstruir las propiedades de una onda gravitacional, según Subhashish Banerjee, coautor del nuevo artículo y físico del Instituto Indio de Tecnología de Jodhpur, India. Tal detector sería mucho más barato y más fácil de construir que los detectores existentes, dijo Banerjee.
"Medir fotones es algo que la gente conoce muy bien", dijo Banerjee a Live Science. "Está extremadamente bien estudiado, y definitivamente es menos desafiante que un tipo de configuración LIGO".
Nadie sabe exactamente cómo interactuarían los gravitones y los fotones, en gran parte porque los gravitones siguen siendo completamente teóricos. Nadie ha aislado a nadie. Pero los investigadores detrás de este nuevo artículo hicieron una serie de predicciones teóricas: cuando una corriente de gravitones golpea una corriente de fotones, esos fotones deberían dispersarse. Y esa dispersión produciría un patrón débil y predecible: un patrón que los físicos podrían amplificar y estudiar utilizando técnicas desarrolladas por físicos cuánticos que estudian la luz.
Vincular la física del pequeño mundo cuántico con la física a gran escala de la gravedad y la relatividad ha sido un objetivo de los científicos desde la época de Albert Einstein. Pero a pesar de que el enfoque recientemente sugerido para estudiar las ondas gravitacionales usaría métodos cuánticos, no cerraría por completo esa brecha de pequeña a gran escala por sí sola, dijo Banerjee.
"Sin embargo, sería un paso en esa dirección", agregó.
Sin embargo, probar las interacciones directas de los gravitones podría resolver otros misterios profundos sobre el universo.
En su artículo, los autores demostraron que la forma en que se dispersa la luz dependería de las propiedades físicas específicas de los gravitones. Según la teoría de la relatividad general de Einstein, los gravitones no tienen masa y viajan a la velocidad de la luz. Pero según una colección de teorías, juntas conocidas como "gravedad masiva", los gravitones tienen masa y se mueven más lentamente que la velocidad de la luz. Estas ideas, piensan algunos investigadores, podrían resolver problemas como la energía oscura y la expansión del universo. Banerjee dijo que detectar ondas gravitacionales usando dispersión de fotones podría tener el efecto secundario de decirle a los físicos si la gravedad masiva es correcta.
Nadie sabe cuán sensible sería un detector de fotones-gravitones de este tipo, dijo Banerjee. Eso dependería mucho de las propiedades de diseño final del detector, y en este momento, ninguno está en construcción. Sin embargo, dijo, él y sus dos coautores esperan que los experimentadores comiencen a armar uno pronto.
