Cuando la luz blanca atraviesa un prisma, el arco iris del otro extremo exhibe una rica paleta de colores. Los teóricos de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia han demostrado que los modelos del Universo que utilizan cualquier teoría cuántica de la gravedad también deberían tener una especie de "arco iris", que consta de diferentes versiones del espacio-tiempo. Este mecanismo predice que en lugar de un espacio-tiempo único y común, las partículas de diferentes energías deberían experimentar versiones ligeramente alteradas.
Probablemente todos hemos visto el experimento: cuando la luz blanca pasa a través de un prisma, se desintegra para formar un arco iris. Esto se debe a que la luz blanca es una mezcla de fotones de diferentes energías, y cuanto mayor es la energía del fotón, más la desvía el prisma. Así, podemos decir que el arco iris surge porque fotones de diferentes energías perciben que el mismo prisma tiene propiedades diferentes. Durante muchos años, los científicos han sospechado que las partículas de diferentes energías en modelos del universo cuántico esencialmente detectan diferentes estructuras del espacio-tiempo.
Los físicos de Varsovia utilizaron un modelo cosmológico que contiene solo dos componentes: la gravedad y un tipo de materia. En el marco de la relatividad general, el campo gravitacional se describe mediante deformaciones del espacio-tiempo, mientras que la materia está representada por un campo escalar (el tipo de campo más simple en el que solo un valor es inherente a cada punto del espacio).
“Hoy en día existen muchas teorías en competencia sobre la gravedad cuántica. Por ello, formulamos nuestro modelo en los términos más generales para que se pueda aplicar a cualquiera de ellos. Alguien puede asumir un tipo de campo gravitacional, que en la práctica significa espacio-tiempo, sugerido por una teoría cuántica, otro puede sugerir otra. Algunos operadores matemáticos en el modelo cambiarán, pero no la naturaleza de los fenómenos que ocurren en ellos”, dice Andrea Dapor, estudiante de posgrado de la Universidad de Varsovia.
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“Este resultado es asombroso. Comenzamos con el mundo borroso de la geometría cuántica, donde incluso es difícil decir qué es el tiempo y qué es el espacio, pero los fenómenos que ocurren en nuestro modelo cosmológico parecen ocurrir en el espacio-tiempo ordinario”, dice otro estudiante graduado Mehdi Assaniussi.
Las cosas se pusieron aún más interesantes cuando los físicos observaron las excitaciones de campos escalares que se interpretaron como partículas. Los cálculos han demostrado que en este modelo, las partículas que difieren en términos de energía interactúan con el espacio-tiempo cuántico de una manera diferente, al igual que los fotones con diferentes energías interactúan de manera diferente con un prisma. Esto significa que incluso la estructura efectiva del espacio-tiempo clásico es percibida de manera diferente por partículas individuales, dependiendo de su energía.
La apariencia de un arco iris ordinario se puede describir en términos del índice de refracción, cuya magnitud depende de la longitud de onda de la luz. En el caso de un arco iris de espacio-tiempo similar, se propone una relación similar: la función beta, una medida del grado de diferencia en la percepción del espacio-tiempo clásico por diferentes partículas. Esta función refleja el grado de no clasicidad del espacio-tiempo cuántico: en condiciones cercanas a las clásicas, tiende a cero, mientras que en condiciones cuánticas verdaderas tiende a la unidad. Ahora el Universo está en un estado similar al clásico, por lo que el valor beta es cercano a cero, los físicos estiman que no excede 0.01. Un valor tan pequeño de la función beta significa que el arco iris del espacio-tiempo es actualmente muy estrecho y no puede detectarse experimentalmente.
Un estudio realizado por físicos teóricos de la Universidad de Varsovia, financiado por becas del Centro Nacional de Ciencias de Polonia, llevó a otra conclusión interesante. El arco iris del espacio-tiempo es el resultado de la gravedad cuántica. Los físicos generalmente están de acuerdo en que los efectos de tal plan serán visibles solo a energías gigantes cercanas a la energía de Planck, millones o miles de millones de veces más altas que la energía de las partículas a las que ahora se está acelerando el Gran Colisionador de Hadrones. Sin embargo, el valor de la función beta depende del tiempo y, en momentos cercanos al Big Bang, podría ser mucho mayor. Cuando beta se acerca a cero, el arco iris espacio-temporal aumenta significativamente. Como resultado, en tales condiciones, el efecto arco iris de la gravedad cuántica puede potencialmente observarse incluso con energías de partículas que son cientos de veces más bajas.que la energía de los protones en el LHC moderno.
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