Una posible forma de detectar a los hipotéticos gravitones

Entre las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, la gravedad es la única a la que no se le ha detectado una unidad básica. Los físicos esperan que la fuerza gravitacional sea trasmitida por una partícula elemental teórica llamada gravitón, tal como la fuerza electromagnética es trasmitida por el fotón.

Aunque hay razones teóricas de peso sobre por qué deben existir los gravitones, detectarlos podría ser físicamente imposible en la Tierra.

Por ejemplo, no sería posible usar el modo convencional de medir fuerzas gravitacionales (haciendo rebotar luz en un conjunto de espejos para medir diminutos cambios en la separación de estos) en el caso de los gravitones. Según el físico Freeman Dyson, la sensibilidad necesaria para detectar el cambio de distancia tan minúsculo causado por un gravitón haría necesario usar espejos tan masivos que se derrumbarían sobre sí mismos y formarían un agujero negro.

Debido a esto, se ha afirmado que es imposible medir un solo gravitón. Pero, ¿y si se usa el "objeto" más grande conocido, el universo, para buscar los efectos reveladores de los gravitones? Eso es lo que dos físicos están proponiendo.

Lawrence Krauss, un cosmólogo de la Universidad Estatal de Arizona, y Frank Wilczek, un físico galardonado con un Premio Nobel que trabaja en la misma universidad así como en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, de Estados Unidos ambas instituciones, han propuesto que medir cambios minúsculos en la radiación del fondo cósmico del universo podría ser una vía de detectar los reveladores efectos de los gravitones.

Recreación artística de un gravitón. (Imagen: Jorge Munnshe en NCYT de Amazings)

Krauss y Wilczek sugieren que la existencia de los gravitones, y la naturaleza cuántica de la gravedad, pueden ser comprobadas a través de algún rasgo (aún por ser determinado) del universo en su etapa inicial.

Esto podría proporcionar, si Freeman Dyson está en lo correcto sobre que los detectores terrestres no pueden detectar los gravitones, la única verificación empírica directa posible de la existencia de los gravitones. De hecho, el universo actúa como un detector que es precisamente del tipo que es imposible o muy difícil de construir en la Tierra, tal como valora Krauss.

El universo en las primeras fracciones de segundo después del Big Bang (la explosión colosal con que nació), experimentó un crecimiento rápido y drástico durante un período llamado "Inflación Cósmica". Si existen los gravitones, estos debieron generarse como "fluctuaciones cuánticas" durante la Inflación Cósmica.

Con el paso del tiempo, a medida que el universo se expandía, estas fluctuaciones cuánticas se habrían acabado convirtiendo en ondas gravitacionales observables mediante métodos clásicos, las cuales estiran el espacio-tiempo en una dirección y lo contraen en la otra. Esto habría afectado al modo en que se produjo la radiación electromagnética en la radiación del fondo cósmico de microondas generada por el Big Bang. Analizando las "huellas" de la Inflación Cósmica en la polarización del fondo cósmico de microondas, es factible hallar indicios indirectos de la existencia de los gravitones.

En su nuevo estudio, Wilczek y Krauss muestran cómo la generación de ondas gravitacionales durante la Inflación Cósmica es proporcional al cuadrado de la constante de Planck.