La gravetat quàntica, cada vegada més acotada per la ciència

Els neutrins astrofísics no donen senyals d’haver sigut alterats per la gravetat quàntica a través del seu recorregut impertorbable per l’univers: no reflecteixen cap alteració de l’estructura de l’espai-temps. Però l’explicació quàntica de la gravetat està cada vegada més acotada.

La col·laboració IceCube, amb el seu detector situat sota la capa de gel de l’Antàrtida, ha utilitzat neutrins astrofísics, produïts pels rajos còsmics, per buscar canvis en l’estructura de l’espai-temps, tot i que sense haver arribat fins ara a resultats positius.

En la investigació, publicada a ‘Nature Physics’, l’equip va analitzar més de set anys de dades i no va trobar senyals d’una estructura modificada de l’espai-temps impresa en les característiques dels neutrins, cosa que suposa un pas més per comprendre la gravetat quàntica, l’objectiu de la qual és descriure la gravetat utilitzant els principis de la mecànica quàntica.

Fa temps que s’ha suggerit que alguns aspectes de les dades d’IceCube podrien ser manifestacions de lleis de propagació de neutrins modificades per gravetat quàntica, una cosa que la nova investigació ha descartat.

IceCube és un detector de neutrins a escala de quilòmetres cúbics integrat a la capa de gel al pol Sud geogràfic. Completat el desembre del 2010, està compost per més de 5.000 mòduls digitals òptics suspesos en un quilòmetre cúbic de gel enterrat al subsol del pol Sud.

Fita astronòmica

Fita astronòmicaEl 2017, IceCube va capturar un neutrí procedent d’un forat negre supermassiu que dispara rajos de plasma directament a la Terra, anomenat blàzar. Aquest neutrí va presagiar una nova era de l’astronomia, que ja des d’aleshores aquesta disciplina no depèn únicament de l’ús de l’espectre de llum per observar l’univers.

Tot i que no s’ha informat d’altres fonts de neutrins d’alta energia amb el mateix nivell de confiança que el neutrí blàzar del 2017, IceCube ha continuat perseguint neutrins de fonts astrofísiques llunyanes, com els blazars, que viatgen gairebé impertorbables fins a la Terra.

En el seu viatge per l’univers, aquests neutrins poden travessar regions i, suposadament, alterar l’espai-temps per la mediació de la gravetat quàntica. Empremtes d’aquests canvis es reflectirien en les característiques dels neutrins.

Per aquesta raó, l’espectre dels neutrins s’utilitza per buscar possibles firmes fenomenològiques de gravetat quàntica (QG), com ara violacions de la invariància de Lorentz o la decoherència quàntica.

Nou intent

Nou intentEn la nova investigació, l’IceCube Collaboration va utilitzar neutrins astrofísics per buscar canvis en l’estructura de l’espai-temps que podrien haver deixat la seva empremta en les característiques d’aquestes partícules.

L’equip va analitzar més de set anys de dades i no va trobar senyals d’una estructura modificada de l’espai-temps impresa en les característiques dels neutrins.

Els seus resultats, tot i que negatius, brinden informació sobre els models que podrien conduir a tals modificacions en una regió on s’espera que la gravetat quàntica exerceixi un paper, destaquen els investigadors. La possibilitat de trobar-la està ara més acotada.

Carlos Pobes, investigador postdoctoral del grup Q-MAD a l’Institut de Nanociència i Materials d’Aragó (INMA), destaca a SMC que, des de la fita del 2017, IceCube ha continuat proporcionant informació molt rellevant sobre la mateixa física dels neutrins, la matèria fosca o, com en aquest cas, de les teories de gravetat quàntica.

Noves possibilitats

Noves possibilitatsLes propostes de gravetat quàntica s’han mantingut generalment en l’àmbit de la física teòrica, però el naixement de l’astronomia multimissatgera (llum, neutrins, rajos còsmics i ones gravitacionals) va obrir la possibilitat d’utilitzar aquestes partícules per testar algunes de les seves prediccions, afegeix Pobes.

En particular, es preveuen lleugeríssimes alteracions en la propagació d’aquestes partícules per l’espai que són amplificades en les llargues distàncies que recorren fins a la Terra, per la qual cosa podrien ser observables i posar de manifest que la gravetat quàntica està interactuant.

En això es basen les nombroses proves de violació de la invariància Lorentz com la que publica l’últim experiment IceCube que acaba de publicar-se. Aquest estudi és molt minuciós, malgrat haver hagut d’utilitzar algunes simplificacions.

El que és rellevant, considera Pobes, és que els resultats d’ara comencen a ser competitius davant altres experiments, i això malgrat comptar amb un nombre de neutrins bastant reduït.

El costat positiu del negatiu

El costat positiu del negatiuAquest resultat fa si és possible més interessant l’ampliació del telescopi que es construirà en els pròxims anys i que segur que continua donant molt bons resultats, afegeix Pobes.

S’ha de destacar també que és un d’aquests casos en els quals la ciència obté un resultat important negatiu. És a dir, no s’ha observat cap efecte de gravetat quàntica, però això limita qualsevol proposta teòrica que predigui un efecte més gran dels límits que s’han publicat, cosa que permet començar a restringir alguns models, diu Pobes.

La física italiana Giulia Gubitosi expressa, en un article publicat a ‘Nature’, que la «impressionant sensibilitat assolida per IceCube Collaboration marca una fita en el desenvolupament de la fenomenologia de la gravetat quàntica amb neutrins astrofísics».

Sant Grial o El Dorado

Sant Grial o El DoradoComprovar que la gravetat quàntica existeix realment, tal com la va formular el físic Abhay Ashtekar el 1986, és una cosa de la màxima importància, ja que ens permetria comprendre millor com va sorgir l’univers.

Notícies relacionades

La IA tria els seus amics com fem els humans

El barri on vius podria fer-te envellir més ràpid

Tanmateix, les perspectives de provar-la directament continuen sent escasses: necessitaríem un accelerador de partícules de la mida de la Via Làctia per aconseguir-ho... o accedir a l’interior d’un forat negre.

IceCube representa una drecera viable, tot i que no l’única, per confirmar la seva presència a l’univers gràcies als neutrins astrofísics, potencials missatgers del que ha sigut considerat com el Shangri-La, El Dorado o el Sant Grial de la Física, l’última frontera des d’on tot es veurà il·luminat, com ha definit Carlos Barceló (IAA-CSIC) el desig anomenat ‘gravetat quàntica’.