Científicos desafían la regla de la velocidad de la luz de Einstein

En 1887, un experimento clave realizado por los físicos estadounidenses Albert Michelson y Edward Morley transformó nuestra comprensión del universo. Intentaron detectar el movimiento de la Tierra a través del espacio comparando la velocidad de la luz en diferentes direcciones. El resultado fue inesperado: no encontraron diferencias. Este resultado nulo se convirtió en uno de los hallazgos más influyentes en la historia científica, llevando a Albert Einstein a proponer que la velocidad de la luz es constante, un pilar de su teoría de la relatividad especial.

La relatividad especial se basa en el principio de que las leyes de la física son las mismas para todos los observadores, sin importar su movimiento relativo. Este concepto, conocido como invariancia de Lorentz, se ha convertido en una suposición fundamental en la física moderna, especialmente en la teoría cuántica.

Cuestionar un principio que ha funcionado tan bien

A pesar de que la teoría cuántica ha evolucionado con la invariancia de Lorentz en su núcleo, la motivación para cuestionar este principio proviene de otro avance de Einstein. Su teoría de la relatividad general explica la gravedad como una curvatura del propio espacio-tiempo, confirmada con notable precisión en diversas condiciones, desde campos gravitacionales débiles hasta situaciones cósmicas extremas.

El choque entre la teoría cuántica y la gravedad

A pesar de sus éxitos individuales, la teoría cuántica y la relatividad general no se integran de manera fluida. La física cuántica describe la realidad mediante funciones de onda de probabilidad, mientras que la relatividad general describe cómo la materia y la energía moldean la geometría del espacio-tiempo. Estas dos aproximaciones luchan por coexistir cuando las partículas se mueven a través de un espacio-tiempo curvado y también influyen en esa curvatura.

Los esfuerzos por combinar ambas teorías en un marco único conocido como gravedad cuántica a menudo enfrentan el mismo obstáculo. Muchas soluciones propuestas requieren pequeñas violaciones de la invariancia de Lorentz, que serían extremadamente sutiles pero podrían ofrecer pistas sobre nueva física más allá de las teorías actuales.

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 podría depender ligeramente de la energía de un fotón. Cualquier efecto de este tipo tendría que ser diminuto para coincidir con los límites experimentales existentes, pero podría volverse detectable en las energías más altas de los fotones, específicamente en los rayos gamma de muy alta energía.

Un equipo de investigación liderado por la exalumna de la UAB Mercè Guerrero y la actual estudiante de doctorado del IEEC en la UAB Anna Campoy-Ordaz se propuso probar esta idea utilizando observaciones astrofísicas. El equipo también incluyó a Robertus Potting de la Universidad de Algarve y Markus Gaug, un docente del Departamento de Física de la UAB que también está afiliado al IEEC.

Su enfoque se basó en las vastas distancias que la luz recorre a través del universo. Si los fotones de diferentes energías se emiten al mismo tiempo desde una fuente distante, incluso diferencias minúsculas en sus velocidades podrían acumularse en retrasos medibles para cuando lleguen a la Tierra.

Límites más precisos sobre nueva física

Utilizando una nueva técnica estadística, los investigadores combinaron mediciones existentes de rayos gamma de muy alta energía para examinar 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 evidencia de que las suposiciones de Einstein podrían desmoronarse bajo condiciones extremas.

Una vez más, las predicciones de Einstein se mantuvieron firmes. El estudio no detectó ninguna violación de la invariancia de Lorentz. Sin embargo, los resultados son significativos. El nuevo análisis mejora los límites anteriores en un orden de magnitud, reduciendo drásticamente el espacio donde podría esconderse nueva física.

La búsqueda está lejos de haber terminado. Observatorios de próxima generación, como el Cherenkov Telescope Array Observatory, están siendo diseñados para detectar rayos gamma de muy alta energía con una sensibilidad mucho mayor. Estos instrumentos permitirán a los científicos seguir probando los fundamentos más profundos de la física y seguir empujando las ideas de Einstein a sus límites.

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