Violación del principio de equivalencia débil en las ondas gravitacionales

El principio de equivalencia débil es un componente clave de la física clásica. Afirma que cuando las partículas están en caída libre, las trayectorias que siguen son totalmente independientes de sus masas. Sin embargo, aún no está claro si esta propiedad también se aplica dentro del campo más complejo de la mecánica cuántica.

La mecánica cuántica es esencialmente el "reglamento" que gobierna el comportamiento de lo más diminuto, en las escalas atómica y subatómica.

En una nueva investigación, James Quach de la Universidad de Adelaida en Australia, ha demostrado, en el ámbito teórico, que el principio de equivalencia débil puede ser violado por las partículas cuánticas en las ondas gravitacionales.

Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo que viajan a la velocidad de la luz. Surgen durante algunos fenómenos cósmicos muy violentos, como por ejemplo las fusiones entre agujeros negros o estrellas de neutrones. Einstein predijo estas ondulaciones o arrugas en el espacio-tiempo hace unos cien años en su Teoría de la Relatividad General.

Es muy difícil detectar ondas gravitacionales. Son apenas perceptibles en la Tierra y sus inmediaciones. Una de las razones es que la interacción entre la materia y el espacio es muy débil en lo que se refiere a producción de ondas gravitacionales. Los cambios en la estructura del espacio-tiempo que se producen en nuestro entorno cósmico como consecuencia del movimiento de objetos con relativamente poca masa, como satélites o planetas, están por debajo de lo que es medible. Para lograr una detección, se requieren fenómenos capaces de agitar lo bastante violentamente el espacio-tiempo, como por ejemplo una fusión entre agujeros negros o estrellas de neutrones.

Recreación artística de dos estrellas de neutrones a punto de colisionar y fusionarse. En el proceso, emiten ondas gravitacionales. Según la nueva investigación, es posible la violación del principio de equivalencia débil en las ondas gravitacionales. (Imagen: R. Hurt / Caltech / NASA JPL)

Los agujeros negros son objetos con campos gravitatorios tan fuertes que ni siquiera la luz viaja lo bastante rápido para escapar de su interior, de aquí el adjetivo "negro".

Las estrellas de neutrones son los cuerpos celestes más densos después de los agujeros negros. De ellas sí puede salir la luz.

Tanto los agujeros negros como las estrellas de neutrones surgen a partir de núcleos de estrellas que se han desmoronado sobre sí mismos y que han sufrido una explosión de supernova.

Además de resolver un antiguo debate sobre el principio de equivalencia débil en la teoría cuántica, los hallazgos de Quach podrían conducir al desarrollo de nuevos materiales avanzados, incluyendo fluidos con conductividad infinita y viscosidad cero. Estos podrían ser usados como avanzados detectores de ondas gravitacionales e incluso podrían conducir a la creación de dispositivos capaces de reflejar las ondas gravitacionales y recoger su energía. (Fuente: NCYT de Amazings)