En busca de la gravedad cuántica

Los últimos resultados obtenidos en una búsqueda de indicios de existencia de la gravedad cuántica estrechan el cerco alrededor de las características que tal gravedad debe tener, si es que existe.

El trabajo es obra de un equipo internacional integrado, entre otros, por Sebastiano Aiello, del Instituto Nacional de Física Nuclear en Italia, y Nadja Lessing, del Instituto de Física Corpuscular en la Universidad de Valencia en España.

La gravedad cuántica es el eslabón perdido entre la relatividad general y la mecánica cuántica, la clave aún por descubrir de una teoría unificada capaz de explicar tanto lo infinitamente grande como lo infinitamente pequeño. La solución a este rompecabezas podría estar en el humilde neutrino, una partícula elemental sin carga eléctrica y casi imperceptible, ya que rara vez interactúa con la materia, siendo capaz, por ejemplo de pasar a través de todo nuestro planeta sin verse obstaculizado.

Por esta misma razón, los neutrinos son difíciles de detectar. Sin embargo, en raras ocasiones, un neutrino puede interactuar, por ejemplo, con moléculas de agua en el fondo del mar. Las partículas emitidas en esta interacción producen un sutil resplandor conocido como radiación de Cherenkov y detectable por instrumentos como el KM3NeT.

El KM3NeT (Kilometer Cube Neutrino Telescope) es un gran observatorio submarino diseñado para detectar neutrinos a través de sus interacciones en el agua. Está dividido en dos detectores, uno de los cuales, ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss), se utilizó para esta nueva investigación. Está situado frente a la costa de Tolón, Francia, a unos 2.450 metros de profundidad.

Sin embargo, la mera observación de neutrinos no basta para sacar conclusiones sobre las propiedades de la gravedad cuántica: también hay que buscar huellas de un fenómeno hipotético que se denomina “decoherencia”.

Hay varios tipos de neutrinos. Sin embargo, al viajar por el espacio, los neutrinos pueden pasar a ser de otro tipo. A estos cambios se les llama “oscilaciones”. La coherencia es una propiedad fundamental de estas oscilaciones o cambios de identidad: un neutrino no tiene una masa definida, sino que existe como una superposición cuántica de tres estados de masa diferentes. La coherencia mantiene esta superposición bien definida, lo que permite que las oscilaciones se produzcan de forma regular y predecible. No obstante, los efectos de la gravedad cuántica podrían atenuar o incluso suprimir estas oscilaciones; este es el fenómeno hipotético denominado “decoherencia”.

Representación gráfica de una detección simulada en el KM3NeT/ORCA. (Imagen: KM3NeT. CC BY-NC 4.0)

En el reciente estudio realizado por Aiello, Lessing y sus colegas, el análisis de la conducta de los neutrinos captados mediante el detector subacuático KM3NeT/ORCA no mostró signos de decoherencia. Aunque esto pueda hacernos creer que no se ha logrado nada en este estudio, en realidad sí se ha avanzado. Ahora pueden descartarse diversas posibilidades y se sabe ya que si la gravedad cuántica altera las oscilaciones de los neutrinos, lo hace con una intensidad por debajo de los límites de sensibilidad actuales.

El estudio se titula “Search for quantum decoherence in neutrino oscillations with six detection units of KM3NeT/ORCA”. Y se ha publicado en la revista académica Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. (Fuente: NCYT de Amazings)