Existen cuatro fuerzas fundamentales en el Universo: la fuerte, la débil, la electromagnética y la gravitatoria. La teoría cuántica explica tres de las cuatro a través de la interacción de partículas, pero la ciencia aún no ha descubierto una partícula correspondiente a la gravedad. Se cree que la hipotética partícula gravitatoria, conocida como “gravitón”, constituye ondas gravitacionales, pero no ha sido detectada en un detector de ondas gravitatorias. Un nuevo experimento espera cambiar eso utilizando un resonador acústico para identificar gravitones individuales y confirmar su existencia. 

En la naturaleza existe siempre una Antipartícula en el caso del electrón sería el positron, una es capaz de anular a la otra. Si se descubriera una partícula de gravedad significaría que existe su antipartícula, estamos hablando de antigravedad de ahí la importancia de este experimento.

Las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza gobiernan el Universo. La gravedad es una de las que mucha gente conoce, pero no comprendemos del todo cómo funciona. Sin embargo, sus efectos son evidentes, como la atracción entre objetos con masa. Mantiene a los planetas en órbita alrededor del Sol, a la Luna en órbita alrededor de la Tierra y a nosotros pegados a la superficie del planeta Tierra. Uno de los primeros intentos de describirla fue de Isaac Newton, quien afirmó que la gravedad era proporcional a la masa de los objetos e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos. Incluso en la escala más grande del cosmos, parece ser esencial para la estructura del Universo. 

Uno de los desafíos de la gravedad es que, a diferencia de las otras fuerzas fundamentales, sólo se puede explicar en un sentido clásico. La física cuántica puede explicar las otras tres fuerzas por medio de partículas: la fuerza electromagnética tiene el fotón, la fuerza nuclear fuerte tiene el gluón, la fuerza nuclear débil tiene los bosones W y Z, pero la gravedad no tiene nada más que el supuesto gravitón. El gravitón puede considerarse el bloque de construcción de la gravedad, de la misma manera que los ladrillos son los bloques de construcción de una casa o los átomos los bloques de construcción de la materia. 

Detectores como LIGO (el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferometría Láser) pueden detectar ondas gravitacionales de eventos a gran escala, como fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones; hasta la fecha, nunca se ha detectado un gravitón. Sin embargo, esto podría cambiar pronto. Un equipo de investigadores dirigido por el profesor de física Igor Pikovski del Instituto Tecnológico Stevens sugiere una nueva solución. Al utilizar la tecnología de detección existente, que es esencialmente un cilindro pesado conocido como resonador acústico, el equipo propone agregar métodos mejorados de detección del estado de energía conocidos como detección cuántica. 

La solución propuesta, explica Pikovski, “es similar al efecto fotoeléctrico que llevó a Einstein a la teoría cuántica de la luz, sólo que las ondas gravitacionales sustituyen a las ondas electromagnéticas”. El secreto está en los pasos discretos de energía que se intercambian entre el material y las ondas a medida que se absorben los gravitones individuales. El equipo utilizará LIGO para confirmar las detecciones de ondas gravitacionales y hacer referencias cruzadas con sus propios datos. 

El nuevo enfoque se ha inspirado en los datos de ondas gravitacionales que se han detectado en la Tierra. Las ondas detectadas en 2017 procedían de una colisión entre dos estrellas de neutrones superdensas del tamaño de una ciudad. El equipo calculó los parámetros que facilitarían la probabilidad de absorción de un solo gravitón. 

El equipo comenzó a pensar en un posible experimento. Utilizando datos de ondas gravitacionales que se habían medido previamente en la Tierra, como las que llegaron en 2017 a partir de una colisión de dos estrellas de neutrones lejanas del tamaño de Manhattan (pero superdensas), calcularon los parámetros que optimizarían la probabilidad de absorción de un solo gravitón. Su desarrollo condujo a dispositivos similares a la barra Weber (barras cilíndricas gruesas y pesadas de una tonelada) para permitir la detección de gravitones. 

Las barras se suspenderían en el detector cuántico de nuevo diseño, se enfriarían hasta el estado de energía más bajo posible y el paso de una onda gravitacional las haría vibrar. El equipo espera poder medir la vibración utilizando detectores de energía supersensibles para ver cómo cambian las vibraciones en pasos discretos, lo que indica un evento gravitón. 

Es un momento apasionante para la física basada en la gravedad y, sin duda, nos estamos acercando a desentrañar sus misterios. Sin embargo, por desgracia, los detectores supersensibles aún no están disponibles, pero según el equipo de Pikovski, no están muy lejos. Pikovski lo resumió así: “Sabemos que la gravedad cuántica aún no está resuelta y es muy difícil probarla en todo su esplendor, pero ahora podemos dar los primeros pasos, tal como lo hicieron los científicos hace más de cien años con los cuantos de luz”.