Estudio prueba que Einstein acertó una vez más con su teoría
Ariel Pérez
SANTO DOMINGO. Una investigación realizada por científicos de Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT por sus siglas en inglés) y el IceCube Experiment determinó que, por medio de un concepto básico de la Teoría Especial de Relatividad de Albert Einstein, conocida como la simetría Lorentz, los neutrinos (las partículas más livianas en el universo, que pueden viajar largas distancias y son producidas por eventos cataclísmicos de la astrofísica) se comportaban de la forma en que el científico predijo.
Según el principio de la simetría de Lorentz, cualquier científico podría observar las mismas leyes de la física, en cualquier dirección, sin importar el cuadro de referencia, siempre y cuando el objeto se mueva a una velocidad constante.
Por ejemplo, como consecuencia de este concepto, usted podría observar la misma velocidad de la luz – 300 millones de metros por segundo- aunque seas un astronauta viajando por el espacio o una molécula moviéndose a través del torrente sanguíneo.
Pero para objetos extremadamente pequeños que operan a energías increíblemente altas y a vastas distancias universales, las mismas leyes de la física quizás no apliquen. A estas escalas exageradas, se estimaba posible que ocurriera una violación a la simetría de Lorentz o violación de Lorentz, en la cual un campo misterioso deformara o torciera el comportamiento de estos elementos de una forma que Einstein no pudo predecir.
La búsqueda se ha realizado para encontrar evidencia de esta violación en distintos fenómenos, desde fotones hasta en la gravedad, sin obtener resultados definitivos. Los físicos creen que, si la violación de Lorentz existe, entonces podría verse en los ‘neutrinos’. Cualquier confirmación hubiese apuntado completamente a nuevas leyes de la física que no pueden ser explicadas por la teoría de Einstein.
Los científicos del MIT y sus colegas del IceCube Experiment han realizado la más exhaustiva búsqueda de la violación de Lorentz en neutrinos. Ellos analizaron dos años de data coleccionada por el IceCube Neutrino Observatory, un enorme detector de neutrinos enterrado en el hielo Antártico. El equipo buscó variaciones en la oscilación normal de neutrinos causadas por un campo de violación de Lorentz. De acuerdo a su análisis, no fue observado ningún tipo de anormalidad en la data, que a su vez contenía la mayor cantidad de neutrinos atmosféricos de gran energía que cualquier experimento ha reunido.
Los resultados del equipo publicados ayer en la revista Nature Physics, descartan la posibilidad de que ocurra la violación de Lorentz en neutrinos de alta energía dentro del rango que los investigadores analizaron. También establecieron los márgenes más estrictos a la fecha sobre la existencia de este concepto respecto a los neutrinos. Y mostraron evidencia de que los neutrinos se comportaban, tal y como predijo la teoría de Einstein.
“A las personas le encanta probar la teoría de Einstein”, dice Janet Conrad, profesora de física del MIT y autora principal del ensayo. “No puedo decir si la gente está alentando para que esté en lo cierto u equivocado, pero en ésta ocasión él ganó, y eso es genial. Poder descubrir una teoría tan versátil como él lo ha hecho es una cosa increíble”.
Los neutrinos existen en tres variedades principales, o como a los físicos de partículas les gusta llamarlos, "condimentos": electrón, muón y tau. A medida que un neutrino viaja a través del espacio, su condimentación puede oscilar o transformarse. La forma en que los neutrinos oscilan depende típicamente de la masa de un neutrino o de la distancia que ha recorrido. Pero si existe un campo violador de Lorentz en algún lugar del universo, podría interactuar con los neutrinos que atraviesan ese campo y afectar sus oscilaciones.
Para probar si la violación de Lorentz se puede encontrar en los neutrinos, los investigadores analizaron los datos recopilados por el IceCube Observatory. IceCube es un detector de partículas de 1 gigaton diseñado para observar neutrinos de alta energía producidos a partir de las fuentes astrofísicas más violentas del universo. El detector está compuesto por 5.160 módulos ópticos digitales o sensores de luz, cada uno de los cuales está conectado a cadenas verticales que están congeladas en 86 pozos dispuestos en un kilómetro cúbico de hielo antártico.
El equipo analizó dos años de datos recopilados por IceCube, que incluyó más de 35,000 interacciones entre un neutrino muón y el detector. Si existe un campo de violación de Lorentz, los investigadores teorizaron que debería producir un patrón anormal de oscilaciones de los neutrinos que llegan al detector desde una dirección particular, y esto debería ser más relevante a medida que aumenta la energía. Tal patrón de oscilación anormal debía corresponder a un espectro de energía anormal similar para los muones.
Los investigadores calcularon la desviación en el espectro de energía que esperarían ver si existiese una violación de Lorentz, y compararon este espectro con el de la energía real observado por IceCube.
"Este es un análisis difícil y tiene en cuenta los efectos que no se habían considerado antes", dice Andre Luiz De Gouvea, profesor de física en la Universidad Northwestern, que no participó en la investigación. "Es, a partir de ahora, el resultado más poderoso de su tipo".
"Pudimos establecer límites en este campo hipotético que son mucho, mucho mejores que cualquiera que se haya producido antes", dice Conrad. "Este fue un intento de salir y mirar un territorio nuevo que no habíamos visto antes y ver si hay algún problema en ese espacio, y no lo hay. Pero eso no nos impide seguir mirando ".
Hasta ese punto, el grupo planea buscar la violación de Lorentz incluso en neutrinos de mayor energía que se producen a partir de fuentes astrofísicas. IceCube registra neutrinos astrofísicos, junto con los atmosféricos, pero los científicos no tienen una comprensión completa de su comportamiento, como sus oscilaciones normales. Una vez que puedan modelar mejor estas interacciones, Conrad dice que el equipo tendrá una mejor oportunidad de buscar patrones que se desvíen de la norma.
"Cada artículo que se publica sobre física de partículas asume que Einstein tiene razón, y todo el resto de nuestro trabajo se basa en eso", dice Conrad. "Y con una muy buena aproximación, él está en lo correcto". Es un tejido fundamental de nuestra teoría. Así que tratar de entender si hay alguna desviación es algo realmente importante ".
*Este trabajo es sacado de una traducción del artículo oficial de MIT News, escrito por Jennifer Chu.
Ariel Pérez
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