Las ondas gravitacionales podrían revelar dimensiones ocultas

Como todo el mundo sabe, vivimos en un Universo de cuatro dimensiones, tres de ellas espaciales y una temporal. Pero eso no quiere decir que sean las únicas que existen o, mejor dicho, las únicas posibles. Los físicos, en efecto, llevan ya décadas recurriendo a toda una serie de "dimensiones extra", que resultan necesarias para explicar determinados fenómenos cuánticos, o que se manifestaron cuando las condiciones del Universo eran favorables, en los primeros instantes tras el Big Bang. Por desgracia nadie, nunca, ha encontrado aún evidencias experimentales de que alguna de esas dimensiones ocultas esté teniendo algún efecto en nuestra realidad.

Ahora, sin embargo, un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Postdam, ha propuesto una forma para "sacar a la luz" estas dimensiones extra. Y es que, según estos científicos, esas dimensiones deberían ser capaces de causar "ondulaciones" en nuestra realidad, modificándola imperceptiblemente a través de las ondas gravitacionales. O, dicho de otro modo, las ondas gravitacionales podrían contener la "firma" que pruebe la existencia de dimensiones ocultas. Descubrirlas allanaría el camino para resolver algunos de los mayores misterios del Universo.

Comparada con las demás fuerzas fundamentales de la Naturaleza la gravedad es extraordinariamente debil. Y los físicos llevan ya mucho tiempo preguntándose por qué. Una de las razones podría ser que la gravedad, de algún modo, se estuviera "filtrando" en dimensiones adicionales, es decir, más allá de las tres dimensiones espaciales que nosotros experimentamos.

De hecho, algunas de las teorías que trátan de unir gravedad y Mecánica Cuántica, como la teoría de cuerdas, requieren de dimensiones adicionales para funcionar, y exigen además que la gravedad sea capaz de propagarse a través de ellas. Como se sabe, de las cuatro fuerzas fundamentales, solo la gravedad se sigue resistiendo a ser "cuantificada". Lo cual significa que no existe (o no se ha encontrado hasta ahora) una partícula subatómica que transporte la unidad mínima de gravedad. Las otras tres fuerzas (electromagnetismo y fuerzas nucleares fuerte y débil) tienen cada una una partícula asociada: Fotones, gluones y partículas W y Z. Y todas ellas han sido producidas con éxito en múltiples experimentos de laboratorio. Nadie, sin embargo, ha sido aún capaz de encontrar un "gravitón".

Por eso, hallar pruebas de la existencia de tales dimensiones exóticas podría ser de gran utilidad para caracterizar la gravedad y encontrar una forma de unir esta esquiva fuerza a la Mecánica Cuántica. No es una tarea sencilla ya que, de existir, esas dimensiones tendrían en el Universo actual unos efectos realmente pequeños. De no ser así, sus consecuencias serían bien visibles en nuestra vida cotidiana.

Las principales bazas para hallar alguna de estas dimensiones ocultas están en los experimentos del LHC, el Gran Colisionador de Hadrones del CERN. Pero hasta ahora no ha habido suerte y nadie ha sido capaz de ver siquiera un leve signo que revele una física que esté más allá de nuestras cuatro dimensiones.

Una nueva esperanza

En los últimos dos años, sin embargo, ha surgido una nueva esperanza: las ondas gravitacionales. Esas pequeñas ondulaciones en el tejido espaciotemporal del Universo, causadas por el movimiento de objetos muy masivos, se descubrieron por primera vez en 2015. Y dado que es muy probable que la gravedad sea capaz de extenderse a través de todas las dimensiones que existen, esas ondas se han convertido en una forma muy prometedora para detectar cualquier dimensión más allá de las que conocemos.

"Si hay dimensiones adicionales en el Universo -afirma Gustavo Lucena Gómez, autor principal del estudio- las ondas gravitacionales pueden propagarse a través de ellas". Gómez y su colega David Andriot han calculado cómo esas potenciales dimensiones extra podrían estar afectando a las ondas gravitatorias que podemos observar. Y encontraron dos peculiares efectos que nos permitirían "cazarlas": ondas extra en frecuencias muy altas, y una modificaciónen la forma en que las ondas gravitacionales estiran el espacio.

De hecho, según los investigadores, a medida que las ondas gravitacionales se propagan a través de una dimensión extra, deberían generar una "torre" de ondas gravitatorias extra, con una frecuencia muy alta después de una distribución regular. Por desgracia, los actuales observatorios de ondas gravitacionales no son capaces de detectarlas en frecuencias tan altas como las requeridas, y también la siguiente generación de detectores está enfocada a frecuencias más bajas. Así que aunque estas ondas estén por todas partes, nos sería muy difícil encontrarlas.

El segundo efecto provocado por las dimensiones extra, sin ebargo, sería mucho más sencillo de ver, ya que modificaría las ondas gravitacionales "normales", las que se detectan actualmente, sin necesidad de añadir señales extra. "Si hay dimensiones adicionales en nuestro Universo -explica Gómez- estirarían y encogerían el espaciotiempo de una forma diferente a como lo hacen las ondas gravitacionales estandar".

A medida que una onda gravitacional atraviesa el Universo, estira y encoje el espacio de una forma muy específica. Sería como tirar de una banda de goma, que se haría más larga en una dirección y más corta en la otra, para volver a su forma original cuando la soltamos.

Sin embargo, las dimensiones adicionales del Universo harían que el espacio se estirara y se encogiera de forma diferente, algo que los investigadores han llamado "modo respiración". Igual que los pulmones al respirar, el espacio se expandiría y se contraería a medida que las ondas gravitacionales pasan, además de estirarse y aplastarse como hacen normalmente.

"Con más detectores -afirma Gómez- seremos capaces de ver si este ´modo respiración´está sucediendo realmente".