En 1887, un experimento innovador cambió nuestra comprensión del universo. Los físicos estadounidenses Albert Michelson y Edward Morley intentaron determinar el movimiento de la Tierra a través del espacio comparando la velocidad con la que viaja la luz en diferentes direcciones. Sus pruebas no encontraron diferencias. Este inesperado resultado nulo se ha convertido en uno de los resultados más influyentes de la historia científica. Esto llevó a Albert Einstein a proponer que la velocidad de la luz es constante, una idea fundamental detrás de su teoría de la relatividad especial.
La relatividad especial se basa en el principio de que las leyes de la física siguen siendo las mismas para todos los observadores, independientemente de si se mueven entre sí. Este concepto se conoce como invariancia de Lorentz. Con el tiempo, la invariancia de Lorentz se convirtió en una suposición fundamental en la física moderna, especialmente en la teoría cuántica.
Pregunta por qué una política funciona tan bien
La teoría cuántica se desarrolló con la invariancia de Lorentz en su núcleo. Esto es especialmente cierto para la teoría cuántica de campos y el modelo estándar de física de partículas, que son las teorías científicas más exhaustivamente probadas jamás desarrolladas y han superado pruebas experimentales con notable precisión. Teniendo en cuenta este historial, puede parecer extraño cuestionar la invariabilidad de Lorentz después de más de un siglo de éxito.
La inspiración proviene de otro de los logros de Einstein. Su teoría de la relatividad general explica la gravedad como una curvatura del espacio-tiempo. Al igual que la relatividad especial, se ha confirmado con notable precisión en muchos entornos, desde campos gravitacionales débiles hasta condiciones cosmológicas extremas.
La colisión entre la teoría cuántica y la gravedad.
A pesar de sus éxitos individuales, la teoría cuántica y la relatividad general no encajan perfectamente. La física cuántica describe la realidad utilizando funciones de onda de probabilidad, mientras que la relatividad general describe cómo la materia y la energía dan forma a la geometría del espacio-tiempo. Estos dos enfoques luchan por coexistir cuando las partículas se mueven a través del espacio-tiempo curvo y también afectan esa curvatura.
Los intentos de unificar las dos teorías en un marco único conocido como gravedad cuántica a menudo topan con obstáculos similares. Muchas soluciones propuestas requieren pequeñas violaciones de la invariancia de Lorentz. Estas violaciones serán extremadamente sutiles, pero pueden proporcionar pistas sobre nueva física más allá de la teoría actual.
Probando a Einstein con luz del cosmos
Una predicción compartida por varios modelos de gravedad cuántica que violan la invariancia de Lorentz es que la velocidad de la luz puede depender en cierta medida de la energía de un fotón. Cualquier efecto de este tipo debe ser lo suficientemente pequeño como para igualar los límites experimentales existentes. Sin embargo, puede ser detectable con las energías de fotones más altas, especialmente con rayos gamma de muy alta energía.
Un equipo de investigación dirigido por la exalumna de la UAB Marce Guerrero y la actual estudiante de doctorado del IEEE en la UAB Anna Campoy-Ordaz se propusieron probar esta idea mediante observaciones astronómicas. El equipo también incluyó a Roberts Potting de la Universidad del Algarve y Marcus Gough, profesor del departamento de física de la UAB, que también está asociado con el IEEC.
Su perspectiva depende de las enormes distancias que atraviesan el universo luminoso. Si se emiten fotones de diferentes energías al mismo tiempo desde una fuente distante, incluso pequeñas diferencias en sus velocidades pueden provocar retrasos mensurables en su llegada a la Tierra.
Fuertes limitaciones a la nueva física
Utilizando una nueva técnica estadística, los investigadores combinaron mediciones existentes de rayos gamma de muy alta energía para probar varios parámetros que violan la invariancia de Lorentz favorecidos por los teóricos dentro de la Extensión del Modelo Estándar (SME). El objetivo era ambicioso. Esperaban encontrar pruebas de que las conjeturas de Einstein podrían fracasar en condiciones extremas.
Una vez más, la predicción de Einstein fue sólida. El estudio no detectó ninguna violación de la invariancia de Lorentz. Sin embargo, los resultados son notables. El nuevo análisis mejora los límites anteriores en un orden de magnitud, reduciendo drásticamente dónde podría esconderse la nueva física.
La búsqueda está lejos. Los observatorios de próxima generación, como el Cherenkov Telescope Array Observatory, están diseñados para detectar rayos gamma de muy alta energía con mucha mayor sensibilidad. Estos instrumentos permitirán a los científicos seguir investigando los fundamentos más profundos de la física y llevar las ideas de Einstein al límite.
