¿Hemos dado con el Santo Grial de la Física?

La gravedad cuántica podría estar frenando la velocidad que adquieren los neutrinos cuando viajan por el espacio: llegan a la Tierra con tres días de retraso, ha constatado una investigación que se pregunta ¿hemos dado con el santo grial de la Física?

Los neutrinos son unas partículas muy misteriosas que apenas interactúan con la materia. Se producen en procesos muy energéticos como las explosiones de las estrellas o las colisiones de los rayos cósmicos.

Estas partículas viajan por el espacio a una velocidad muy cercana a la de la luz, pero ¿y si hubiera algo que las hiciera ir más despacio? Eso es lo que sugiere un grupo de físicos que ha analizado los datos del Observatorio de Neutrinos IceCube, situado en el Polo Sur.

Los investigadores, que publican sus resultados en la revista Nature Astronomy, han identificado siete neutrinos que tienen una alta probabilidad de proceder de estallidos de rayos gamma, que son eventos muy luminosos y energéticos que se producen en el espacio profundo.

Estos neutrinos se han detectado con un retraso de hasta tres días respecto a los rayos gamma que los acompañaban, lo que indica que algo ha frenado su velocidad.

¿Qué está pasando?

¿Qué podría ser ese algo? Los físicos creen que se trata de un efecto de la gravedad cuántica, considerada, metafóricamente, como el Santo Grial de la Física porque unificaría la mecánica cuántica y la relatividad general.

Según la relatividad general, el espacio-tiempo no es continuo, sino que está formado por pequeños "granos" o "bucles" que solo se aprecian a escalas muy pequeñas. Estas fluctuaciones del espacio-tiempo afectarían a las partículas que se mueven muy rápido, como los neutrinos, y les harían perder energía.

Este efecto sería muy pequeño, pero se acumularía a lo largo de las enormes distancias que recorren los neutrinos desde su origen hasta la Tierra. Por eso, solo se podría observar en neutrinos muy energéticos y procedentes de fuentes muy lejanas, como los estallidos de rayos gamma.

¿Prueba indirecta?

Si se confirmara esta hipótesis, sería una prueba indirecta de la existencia de la gravedad cuántica, algo que lleva décadas buscando la física teórica. Además, podría tener implicaciones para entender mejor la naturaleza de los neutrinos y su papel en el universo.

Pero no todo el mundo está convencido de la consistencia de la interpretación que propone la nueva investigación, advierte PhysicsWorld.

Algunos expertos señalan que los neutrinos detectados son del tipo "cascada", lo que significa que no se puede determinar con precisión la dirección de dónde vienen. Esto dificulta su asociación con los estallidos de rayos gamma de los que aparentemente estás retrasados.

Además, hay otras posibles explicaciones para el retraso de los neutrinos, como por ejemplo que hayan interactuado con otras partículas o campos en su camino.

Hipótesis antigua

Hace tiempo que se ha sugerido que algunos aspectos de los datos de IceCube podrían ser manifestaciones de leyes de propagación de neutrinos modificadas por gravedad cuántica, algo que una investigación publicada el año pasado ha descartado.

El equipo autor de esta investigación previa analizó más de siete años de datos y no encontró signos de una estructura modificada del espacio-tiempo impresa en las características de los neutrinos detectados por IceCube.

Por eso se necesitan más datos y más análisis para confirmar o descartar la idea del frenazo gravitatorio cuántico, señalan los científicos.

El Observatorio de Neutrinos IceCube está ampliando su capacidad para detectar más neutrinos y con mayor precisión. También hay otros proyectos en marcha para estudiar estas partículas fantasmales, como el Telescopio de Neutrinos KM3NeT en el Mediterráneo o el Observatorio Hidrofónico Baikal-GVD en el lago Baikal que podrían ratificar o descartar esta posible detección de la gravedad cuántica.

¿Existe realmente?

Comprobar que la gravedad cuántica existe realmente, tal como la formuló el físico Abhay Ashtekar en 1986, es algo de la máxima importancia, ya que nos permitiría comprender mejor cómo surgió el universo.

Sin embargo, las perspectivas de probarla directamente siguen siendo escasas: necesitaríamos un acelerador de partículas del tamaño de la Vía Láctea para conseguirlo… o acceder al interior de un agujero negro.

Fente a estas vías inaccesibles, IceCube representa un atajo viable, aunque no el único, para confirmar la presencia de la gravedad cuántica en el universo gracias a los neutrinos astrofísicos, potenciales delatores de la gravedad cuántica.

IceCube es un detector de neutrinos a escala de kilómetros cúbicos integrado en la capa de hielo en el Polo Sur geográfico. Completado en diciembre de 2010, está compuesto por más de 5.000 módulos digitales ópticos suspendidos en un kilómetro cúbico de hielo enterrado en el subsuelo del Polo Sur.

Neutrinos prometedores

Los neutrinos son los mensajeros cósmicos que pueden revelarnos secretos sobre el universo y sobre la física fundamental. Quizás también nos ayuden a resolver uno de los mayores desafíos de la ciencia: cómo unir la mecánica cuántica y la relatividad general.

¿Cómo? Porque, si existe la gravedad cuántica, habríamos por fin encontrado el puente que une al universo físico ordinario con el universo cuántico. ¿Por qué? Porque la gravedad, tal como la conocemos, desaparece en el mundo cuántico, donde los efectos gravitatorios son tan importantes como los cuánticos, pero no han podido medirse.

Una teoría capaz de describir ambos mundos, que es lo que podrían aportar los neutrinos, es lo que persigue la física desde que a principios del siglo pasado (1915 y 1916) Albert Einstein publicara la Teoría General de la Relatividad. Los neutrinos podrían ser la clave para conseguirla. Aunque todavía no sabemos si hemos dado con el Santo Grial de la nueva física.

Referencia

Could quantum gravity slow down neutrinos? Giovanni Amelino-Camelia et al. Nature Astronomy (2023). DOI:https://doi.org/10.1038/s41550-023-01993-z