Aunque la teoría cuántica puede explicar tres de las cuatro fuerzas de la naturaleza, los científicos actualmente dependen de la relatividad general para explicar la cuarta fuerza, la gravedad. Sin embargo, nadie está muy seguro de cómo funciona la gravedad a distancias muy cortas, en particular, la distancia más corta de todas: la longitud de Planck, o 10-35 m . Hasta ahora, la distancia más pequeña accesible en los experimentos es de aproximadamente 10-19 m en el LHC.
el acelerador PETRA-III en el DESY y el propuesto Colisionador Lineal Internacional (ILC)podrían probar la flexión dependiente de la energía de la luz debida a la gravedad en las más pequeñas escalas .La prueban podrían medir 2 efectos ,la refractividad la cual produce un corrimiento de la energía (escala superior) y la birrefringencia la cual produce una asimetría Compton (escala inferior).La longitud de Planck se indica con una flecha en la imágen.Crédito.Vahagn Gharibyan. ©2012 American Physical Society.
Ahora, en un nuevo artículo publicado en Physical Review Letters (Ver aquí), el físico Vahagn Gharibyan del Deutsches Elektronen-Synchrotron ( DESY ) en Hamburgo, Alemania, se ha propuesto una prueba de la gravedad cuántica que puede alcanzar una sensibilidad bajo los 10-31 m hasta la longitud de Planck , dependiendo de la energía del acelerador de partículas . Como explica Gharibyan, varios modelos de la gravedad cuántica predicen que el espacio vacío cerca de la longitud de Planck se puede comportar como un cristal en el sentido de que el espacio es refractivo (la luz se curva debido a "gravitones", las partículas hipotéticas que median la gravedad) y tiene birrefringencia / quiralidad (el grado de flexión de la luz también depende de su polarización). En la gravedad cuántica, tanto la refracción como la birrefringencia dependen de la energía: cuanto mayor es la energía del fotón, mayor es la interacción de fotones y gravitones y la flexión será mayor. Esta correlación es lo contrario de lo que sucede cuando los fotones interactúan con campos electromagnéticos o materia, donde estos efectos son suprimidos por la energía fotónica . La correlación predicha también se diferencia de lo que sucede de acuerdo a la gravedad de Newton y la relatividad general , donde cualquier desviación de la luz es independiente de la energía de la luz. "Si se describe la gravedad en el nivel cuántico , la curvatura de la luz por la gravedad se vuelve dependiente de la energía - a diferencia de la gravedad de Newton o la relatividad general de Einstein ", dijo Gharibyan. "Cuanto mayor sea la energía de los fotones, mayor será la flexión, o más fuerte debería ser la interacción de fotones con gravitones ". Gharibyan sugiere que esta desviación de la luz de acuerdo con los modelos de gravedad cuántica puede ser estudiada utilizando haces en aceleradores de alta energía que indagan sobre la simetría del espacio vacío a pequeña escala. Los aceleradores podrían utilizar la dispersión de Compton de alta energía, en el que un fotón que se dispersa fuera de otra partícula en movimiento adquiere energía, causando un cambio en su impulso. Los experimentos propuestos podrían detectar cómo los efectos de la gravedad cuántica cambian la relación energía-momento del fotón en comparación con lo que se esperaría en una escala normal. Para estos experimentos, el haz de energía es de vital importancia en la determinación de la sensibilidad de los efectos a pequeña escala. Gharibyan estima que un acelerador de leptones de 6 GeV, como el PETRA-III en el DESY, podría probar la birrefringencia espacial bajo los 10-31 m.. Futuros aceleradores que podrían alcanzar energías de hasta 250 GeV, como el propuesto Colisionador Lineal Internacional (ILC), podrían poner a prueba la birrefringencia todo el camino hasta la longitud de Planck.Para sondear la refractividad, Gharibyan estima que una máquina de 6 GeV tendría una sensibilidad bajo los 10-27 m, mientras que una máquina de 250 GeV podría alcanzar aproximadamente los 10-31 m. Como explica Gharibyan, sondear la gravedad en la escala de Planck de esta manera es algo similar a la investigación de estructuras nanométricas cristalinas. "Los cristales convencionales tienen tamaños de celda de alrededor de decenas de nanómetros y son transparentes o no interactúan con los fotones con mucho más grandes longitudes de onda (m o mm) ", dijo Gharibyan. "Con el fin de investigar las estructuras de las celdas de cristal, son necesarios fotones de longitud de onda de nm como los rayos X. Sin embargo, la luz visible con longitudes de onda 1000 veces más grande que la celda de cristal todavía puede sentir la influencia promedio de las celdas: la luz podría ser reflejada simplemente o doblemente .Comparando esto con el cristal de longitud de Planck, no tenemos fotones con una longitud de onda de Planck o esa gran energía, en su lugar seremos capaces de sentir los efectos promedio de las celdas de cristal de Planck- o granos del espacio - con mucha [relativamente] más baja energía de los fotones ". De hecho, como Gharibyan ha encontrado, ya hay indicios experimentales de gravitones. "Este trabajo presenta evidencia de las interacciones de la gravedad cuántica mediante la aplicación del método desarrollado para rayos gamma más rápidos que la luz, el cual encontré más temprano en los datos de los aceleradores de electrones más grandes de Estados Unidos y Alemania (ver aquí) ", dijo. "La ausencia de cualquier desviación de la luz de las estrellas en el vacío cósmico indica que los gravitones de la Tierra deberían ser considerados responsables de la curvatura de los rayos gamma observada en los aceleradores. Gharibyan encontró que los datos del ahora cerrado Acelerador de Hadrones-Electron Ring (HERA) en DESY de 26.5 Gev midieron una celda de Planck de tamaño 2.6x10-28 m, y los datos del Stanford Linear Collider (SLC) en la Universidad de Stanford de 45.6 Gev en los EE.UU. midieron un tamaño de los granos del espacio de 3.5x10-30 m. Mientras que estos resultados proporcionan algunos indicios de la escala de Planck- de la gravedad, ninguno de estos experimentos fue diseñado como una herramienta para probar específicamente la gravedad, por lo que Gharibyan advierte que las piezas no controladas de las configuraciones podrían imitar los efectos observados. Si los experimentos propuestos recientemente por Gharibyan se realizan, proporcionarían las primeras mediciones directas de espacio cercano o incluso en la escala de Planck, y de esta manera, ofrecería una visión más cercana de la gravedad en este régimen enigmático.
fuente de la información:
http://phys.org/news/2012-10-planck-scale-gravity.html
