SEATTLE-el cosmos tendría perfecto sentido if si resulta que estamos viviendo en un reino de 10 u 11 dimensiones donde la gravedad está burbujeando en un plano completamente diferente. Al menos eso es lo que está emergiendo como el concepto más candente en la frontera de la física.
aunque suenan como afirmaciones prácticamente no verificables, los físicos están tratando de encontrar formas de reunir evidencia para respaldar o refutar las teorías extradimensionales actualmente en boga. Pero tomará varios años conseguir esa evidencia, si es que se puede conseguir.,
La afirmación de que el cosmos tiene más de las cuatro dimensiones que podemos percibir, es decir, tres dimensiones espaciales más el tiempo — es bastante exótico. Pero la búsqueda para probar esa afirmación trae una colección virtual de misterios: mini agujeros negros y materia oscura, ondas gravitacionales e inflación cósmica, colisiones de partículas de energía súper alta y explosiones de Rayos gamma ultra poderosas.,
incluso los físicos detrás de la teoría extradimensional más comentada de hoy, Lisa Randall de la Universidad de Harvard y Raman Sundrum de la Universidad Johns Hopkins, todavía no están exactamente seguros de si los enfoques darán sus frutos.
«nada viene con una garantía de devolución de dinero», dijo Sundrum MSNBC.com.
entonces, ¿por qué molestarse? Los físicos no solo están dando vueltas a estos cuentos de 11 dimensiones para la diversión de los escritores de ciencia ficción. Más bien, las dimensiones invisibles parecen ofrecer la mejor esperanza para resolver el tipo de problemas que han frustrado a los teóricos desde los días de Albert Einstein.,
la increíble ligereza de la gravedad
durante décadas, los físicos han desconcertado sobre la debilidad de la gravedad en comparación con las otras fuerzas fundamentales de la naturaleza.
«Un pequeño imán puede levantar un clip de papel, a pesar de que toda la masa de la tierra lo está tirando en la dirección opuesta», señaló Randall en su libro sobre la búsqueda de dimensiones adicionales, titulado «Warped Passages.»
Einstein trató de llegar a una teoría general que podría aplicarse igualmente bien a la gravedad y las otras fuerzas, pero simplemente no pudo hacerlo., De hecho, las teorías que gobiernan la gravedad y la mecánica cuántica son totalmente separadas, y totalmente incompatibles en el mundo de cuatro dimensiones que conocemos.
durante las últimas décadas, los sucesores de Einstein han centrado su búsqueda de una «teoría del todo» en la teoría de cuerdas, la idea de que los constituyentes fundamentales de la materia son pequeños objetos en forma de cuerdas que vibran a diferentes frecuencias. Los teóricos de cuerdas podían crear ecuaciones para cubrir la gravedad, así como los efectos cuánticos, siempre y cuando se les dieran 10 o 11 dimensiones para trabajar con ellas.,
esforzándose por explicar las branas
Las teorías funcionan aún mejor si puedes pensar en nuestro continuo espacio-tiempo de cuatro dimensiones como un tipo de membrana, o «brana», incrustada en un «bulto» que toma aún más dimensiones. Randall y Sundrum encontraron que la debilidad comparativa de la gravedad era perfectamente comprensible si las partículas llamadas gravitones podían filtrarse de una brana en un bulto de cinco dimensiones. De hecho, dijeron, bien podría ser que los gravitones se están filtrando a través del bulto en nuestra propia brana (la» brana débil») desde una brana extradimensional cercana (la»Gravitybrane»).,
Es cierto que esto suena como un mundo inventado directamente de» Alicia en el país de las maravillas», y de hecho, Alice ha sido invocada más de una vez por los propios teóricos. Lo único que podría salvar la física extradimensional del estante de la ficción es la posibilidad de encontrar evidencia del mundo real para apoyar el concepto de braneworld.
aunque no hay garantías, Randall y Sundrum tienen la esperanza de que los experimentos ambiciosos pronto producirán precisamente ese tipo de evidencia., «Dentro de los próximos cinco años, podríamos encontrar estas dimensiones adicionales», dijo Randall durante una charla la semana pasada en Seattle.
partículas aplastantes
el problema con la detección de la quinta dimensión (o la sexta, séptima, y así sucesivamente) es que nuestros cuerpos están construidos para medir solo las tres dimensiones espaciales anticuadas, más el tiempo como una cuarta dimensión.
Los científicos han estado esperando que al menos una de las dimensiones adicionales pueda enrollarse de tal manera que su influencia pueda verse midiendo la atracción de la gravedad en una escala de, digamos, un milímetro o menos., Hasta ahora, no se han reportado anomalías oficialmente, aunque ha habido blips ocasionales que probablemente se deban a pequeños errores experimentales en lugar de la quinta dimensión.
una vía más prometedora debería comenzar a abrirse el próximo año, cuando un acelerador de partículas subterráneo de 5,3 millas de ancho (8,6 kilómetros de ancho) entre en línea en el laboratorio europeo del CERN, en la frontera franco-suiza. El acelerador, apodado El Gran Colisionador de Hadrones, podría ser capaz de aplastar protones junto con suficiente energía para generar partículas subatómicas que tienen impulso en las dimensiones adicionales.,
Este impulso, dijo Randall, sería visto como masa extra. Así que si el LHC produce clases de partículas nuevas que llevan las mismas cargas que las partículas normales, pero parecen ser más pesadas en ciertas cantidades, eso podría ser un indicio de la quinta dimensión. Si la teoría es correcta, tales anomalías deberían detectarse «probablemente dentro de unos pocos años de corridas en el CERN», dijo Randall.
detección de ondas gravitacionales
Randall dijo que otra vía podría tener que ver con las ondas gravitacionales — un fenómeno que es predicho por la teoría de la relatividad general de Einstein, pero aún no ha sido detectado., Los componentes del Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser de 3 365 millones, o LIGO, se están poniendo al día en Luisiana y el estado de Washington.
Los físicos han dicho que existe la posibilidad de que LIGO pueda lograr la primera detección de ondas de gravedad, y casi 200,000 usuarios se han registrado para ayudar procesar datos ligo a través del proyecto de computación distribuida Einstein @ Home. Pero Randall dijo MSNBC.com que ni siquiera LIGO sería capaz de recoger los datos que está buscando.,
Randall y Sundrum especulan que el espacio que habitamos y vemos a nuestro alrededor puede haber hecho una transición desde un estado más abiertamente extradimensional desde el principio, tal vez como parte del proceso de inflación cósmica.
«la imagen extradimensional en realidad puede contener un mecanismo de inflación que, en circunstancias favorables, produciría ondas gravitacionales observables, cuyos detalles pueden revelar algunas características de su origen extradimensional», explicó Sundrum.,
aunque LIGO no sería lo suficientemente sensible como para detectar esa huella digital extradimensional, Randall dijo que una futura sonda espacial estadounidense-europea conocida como antena espacial interferómetro láser, o LISA, podría tener una oportunidad.
Sundrum, sin embargo, dijo que el vínculo teórico entre las dimensiones adicionales y la inflación cósmica «aún no ha llegado a esa nota sólida en la que se podrían basar conclusiones sólidas.»Además, no está claro exactamente cuándo se lanzará LISA. La mejor suposición actual es en algún momento antes del año 2014.,
capturando ráfagas de Rayos gamma
solo en las últimas semanas, otros dos físicos han sugerido una vía diferente para probar la teoría de Randall-Sundrum. Esto implicaría el uso de una sonda de la NASA llamada Telescopio Espacial de gran área de Rayos Gamma, o GLAST, que se lanzará el próximo año.,
en su artículo, publicado en línea el 24 de mayo en la revista Physical Review D, Charles Keeton de la Universidad de Rutgers y Arlie Petters de la Universidad de Duke se centran en un tipo particular de agujero negro en miniatura que parece ser predicho como una consecuencia del efecto de deformación extradimensional.
«esto es algo con la masa de un asteroide, pero es microscópico en tamaño», dijo Petters MSNBC.com.
Si los mini agujeros negros existen, Keeton y Petters dicen que GLAST debería registrar un efecto característico de flexión de la luz, ya que observa ráfagas de rayos gamma de fuentes distantes., Tal experimento podría probar que la teoría de brana se acerca más a la verdad que la teoría de la relatividad de Einstein, y también podría dar peso a la idea de que los mini agujeros negros representan al menos parte de la misteriosa materia oscura de nuestro universo.
«Si los agujeros negros de braneworld forman incluso el 1 por ciento de la materia oscura en nuestra parte de la galaxia — una suposición cautelosa — debería haber varios miles de agujeros negros de braneworld en nuestro sistema solar», dijo Petters.
Randall y Sundrum dijeron a MSNBC.,com que inicialmente eran escépticos sobre las ideas propuestas por Keeton y Petters, pero todavía están revisando los detalles. Por ahora, Sundrum dijo que estaba dispuesto a dar a los investigadores el beneficio de la duda: «les das más cuerda, porque si tienen razón, entonces es fantástico fuera de escala.»
lo importante es que los físicos realmente están creando ideas para probar hipótesis que parecían imposibles de probar no hace mucho tiempo, dijo Keeton MSNBC.com.
«estamos proponiendo una nueva prueba del modelo braneworld, pero ciertamente no es la única posibilidad», dijo., «Esto encaja en el panorama más amplio de la comunidad tratando de probar esto.»