20 de noviembre de 2009

DESCUBREN DIMENSIONES OCULTAS



Científicos norteamericanos han detectado por primera vez indicios de la existencia de otras dimensiones más allá de las tres conocidas. Utilizando datos del telescopio Amanda, enterrado en el Polo Sur, han podido observar una decena de colisiones de neutrinos de alta energía con otras partículas elementales, obteniendo así la evidencia de las dimensiones adicionales sugerida por la Teoría de Supercuerdas. El descubrimiento no es concluyente y encontrará nuevas oportunidades cuando se inicie en 2009 el funcionamiento de otro telescopio 30 veces más potente, el IceCube, en el que participan diversas universidades europeas.

Analizando los datos proporcionados por el telescopio Amanda, enterrado en el Polo Sur, científicos nortemaricanos han observado las colisiones de neutrinos de una energía 10.000 veces más elevada que la de los neutrinos que emite nuestro Sol con otras partículas elementales, obteniendo así la evidencia de la existencia de otras dimensiones. Los neutrinos son partículas elementales de masa prácticamente nula que se forman por reacciones nucleares. Mientras que el Sol y otros fenómenos cósmicos producen neutrinos de baja energía, los neutrinos de alta energía se producen por cataclismos cósmicos remotos y extremadamente violentos, tales como los agujeros negros, las supernovas y el Big Bang. Una vez formados por cataclismos cósmicos, los neutrinos de alta energía se desplazan a una velocidad próxima a la de la luz y no se detienen nunca. Al tener una masa prácticamente nula, rara vez colisionan con otras partículas, lo que les permite desplazarse en línea recta hasta los límites del Universo atravesando las estrellas, los planetas, los campos magnéticos y galaxias enteras como si realmente no existieran. Trillones de neutrinos atraviesan la Tierra cada nanosegundo llevando consigo información crucial sobre una serie de fenómenos cósmicos y sus orígenes. Sin embargo, son muy difíciles de detectar, salvo cuando entran en colisión con un átomo. La colisión desintegra el núcleo del átomo y el neutrino se transforma en otra partícula llamada muon. El muon así formado continúa su trayectoria y puede ser reconocido por el destello de luz que engendra. Este destello se conoce con el nombre de radiación de Cherenkov y se asemeja a las ondas producidas en el aire cuando es atravesado por una bala de pistola.

Colisiones reveladoras

Científicos norteamericanos, utilizando los datos del telescopio Amanda, han podido observar la forma en que se producen las colisiones de estos neutrinos de elevadísima energía con otras partículas subatómicas, concluyendo que podrían existir en el universo otras dimensiones, aparte de las tres que nosotros conocemos y que conforman la realidad física que nos rodea. Un exceso de neutrinos de muy alta energía, como el que se ha constatado con AMANDA, constituye en sí mismo una señal inequívoca de la existencia de las dimensiones extras, consideran los investigadores.
Aunque de momento no se han captado más que una docena de estas colisones, nunca conseguidas en los aceleradores de partículas, se espera que rastreos posteriores, tanto con Amanda como con su sucesor, el telescopio IceCube, que tendrá una resolución 30 veces mayor que Amanda, registren más colisiones de este tipo y proporcionen así una evidencia más concluyente de la existencia de dimensiones adicionales hasta ahora ocultas para nosotros. El rastreo de neutrinos de altísima energía en el Universo y de la forman en que colisionan con otras partículas sugiere no sólo que existen realmente dimensiones hasta ahora imperceptibles, sino que admás poseen una energía mucho mayor de la que podríamos imaginar.

Teoría de Supercuerdas

La existencia de estas dimensiones extras son fundamentales para explicar la Teoría de las Supercuerdas. La Teoría de las Supercuerdas afirma que existen estas dimensiones extras, pero que serían increíblemente pequeñas, bastante más pequeñas que un átomo, ya que si fueran de mayor tamaño se habría detectado su existencia. Pero si realmente existen, estas dimensiones adicionales deberían a su vez dar lugar a una serie de nuevas partículas con alta masa. A estas nuevas partículas se les ha asignado el nombre de “Partículas Kaluza-Klein” (KK): supuestamente se forman cuando campos de ondas se asocian a partículas ya conocidas, y viajan dentro de esas dimensiones adicionales. Fue para demostrar la existencia de estas partículas que se han diseñado detectores que permitan estudiar a través de ellas los acontecimientos cósmicos. Teóricamente, con estos detectores se podría demostrar la existencia de estas nuevas partículas de dimensión oculta. Uno de estos detectores es AMANDA (Antartic Muon and Neutrino Detector Array). Consiste básicamente en cuerdas sensoras de luz que se entierran a una profundidad de más de tres kilómetros en los hielos Antárticos y que se han diseñado específicamente para detectar neutrinos de alta energía. Si la teoría de las supercuerdas es correcta y si existen las dimensiones extras, AMANDA debería detectar estos neutrinos de alta energía provenientes del centro de la Galaxia, del Sol y del núcleo de la Tierra. Y los primeros indicios de esta constatación es lo que ha obtenido de momento AMANDA, a través de las colisiones de estos neutrinos de alta energía con otras partículas elementales. El registro de las colisiones de los neutrinos de tan alta energía en el Universo podría dar la razón a esta teoría en lo que respecta a la existencia de otras dimensiones, así como constituir una pista de investigación para la Física, ya que cada vez que los astrónomos abren una nueva puerta sobre el cosmos, aparecen cosas de las que ni siquieran sospechaban de su existencia.

El funcionamiento de AMANDA

AMANDA es en realidad un telescopio rastreador de neutrinos instalado por la Northeastern University y la University of California, de Estados Unidos, en el Polo Sur. Su función ha consistido, desde el año 1997, en captar y registrar las presencias en el universo de muones y neutrinos. AMANDA consiste en un detector formado por 677 sensores ópticos del tamaño de una pelota y circulares. Este telescopio rastreador de destellos de energía se encuentra hundido en el hielo, y los sensores están suspendidos en cables de fibra óptica como si fueran las cuentas de un collar. AMANDA es cilíndrico, mide 500 metros de alto y 120 de diámetro. Cuando uno de estos poco comunes neutrinos de alta energía choca con otra partícula, como un protón o un neutrón, surge un muón, y entonces se genera una estela similar a un “flash” luminoso, de la mencionada radiación azul de Cherenkov. Esta radiación es de tipo electromagnético, y se produce al paso de partículas por un medio, a velocidades superiores a la de la luz. Es una onda de choque que produce un brillo azulado. Recibe su nombre del físico Pavel Alekseyevich Cherenkov, que fue el primero en describirla y caracterizarla con rigurosidad. La estela producida en el choque es captada por Amanda gracias a los sensores ópticos que forman el peculiar telescopio. Los resultados de esta investigación ha sido publicados en la revista Physical Review Letters. La versión íntegra del trabajo se encuentra en Arxiv. La Northeastern University ha publicado asimismo un interesante comunicado sobre el descubrimiento.

Hielo profundo

Para registrar neutrinos de esta energía y sus colisiones con partículas elementales, es preciso vigilar un volumen gigantesco de una sustancia que sea transparente y que esté al oscuro. Sólo así es posible detectar la radiación de Cherenkov que deja a su paso un muon. En un primer momento se pensó en el fondo del mar para detectar estos destellos cósmicos y se instaló un telescopio en 1980 en las profundidades oceánicas de Hawai. Sin embargo, las condiciones meteorológicas y la inestabilidad marina frustraron el proyecto. Fue de esta forma que se pensó que el hielo era ideal para el experimento, lo que llevó a la construcción de la primera generación de detector antártico de muones y neutrinos (AMANDA). La Segunda generación es el IceCube, que dispondrá de 5.000 detectores fotomultiplicadores encajados en más de un kilómetro cúbico del casquete polar, entre 1.400 y 2.400 de profundidad. Este entorno no sólo está en total oscuridad, sino que debido a la presión, todas las bolsas de aire y otros elementos perturbadores han sido expulsados, lo que permitirá disponer de una transparencia igual a la del cristal. Las posibilidades de estudiar así los neutrinos de altísima energía y de verificar la existencia de otras dimensiones se multiplican, al igual que la aparición de posibles descubrimientos inesperados. El IceCube estará terminado en 2009 y se instala por iniciativa de la Universidad de Wisconsin con fondos (295 millones de dólares) aportados por la National Science Foundation (NSF) de Estados Unidos, junto a diversas universidades europeas de Suecia, Bélgica, Alemania, Reino Unido y Holanda.

Nuestro Universo Tendría 6 Dimensiones Ocultas


Nuestro Universo, además de las tres dimensiones conocidas, tendría seis dimensiones más ocultas, según un modelo matemático que ha recreado las condiciones iniciales de la formación del Universo. El modelo establece que la formación de dimensiones no es aleatoria, sino que se basa en patrones que combinan entre 3 y 7 posibilidades, y considera plausible la existencia de más universos con otras combinaciones dimensionales, si bien el de tres dimensiones aparece como el más interesante y complejo. Nuestro Universo tendría tres dimensiones espaciales visibles y seis ocultas, según un nuevo modelo teórico elaborado por Andreas Karch, de la Universidad de Washington, y Lisa Randall, de la Universidad de Harvard. Habría asimismo otros universos con siete dimensiones espaciales visibles y dos compactas, según el mismo modelo, que demuestra teóricamente que la naturaleza favoerece la creación de universos con tres o siete dimensiones visibles, sin recurrir a otras combinaciones. Los resultados de esta investigación han sido publicados este mes en Physical Review Letters y fueron anticipados en versión integra por Arxiv el pasado agosto. Según la Teoría de las Supercuerdas, el Universo tiene como mínimo diez dimensiones, nueve dimensiones espaciales y una temporal, pudiendo elevarse a once el numero de dimensiones posibles según te Teoría M. Sin embargo, hasta ahora no se sabía si las combinaciones de estas dimensiones podían ser aleatorias (dos espaciales, siete ocultas, cuatro espaciales, tres ocultas…) o respondían a un patrón cósmico. Lo que han hecho Karch y Randall es utilizar las matemáticas para calcular cómo habría sido la formación del Universo inmediatamente antes y después del Big Bang, esa gran explosión cósmica que se cree dio origen a la vida, la materia y el pensamiento. Y descubrieron que la evolución del Universo responde a un patrón numérico para determinar las dimensiones que estructuran cada manifestación física.

Los primeros momentos

Karch y Randall modelaron cómo se habría organizado el Universo en los primeros momentos y cómo se expandía y se diluía. El modelo evolucionó espontáneamente y encontraron que las branas (membranas multidimensionales características de ese momento cósmico) se diluían, mostrando las que sobrevivían entre tres y siete dimensiones. Las branas existen en varias dimensiones espaciales, del uno al nueve, y son consideradas como objetos dentro de la llamada Teoría de las Supercuerdas. Los investigadores han descubierto que el cosmos evolucionó y que dichas branas se fueron concretando, sobreviviendo y desplegándose siempre en tres o siete dimensiones. Ellos creen en consecuencia que nuestro Universo comenzó formando estas branas según se expandía, lo que ha sido denominado “principio de relajación” (relaxation principle), que es un principio de selección por el cual el Universo “elige” naturalmente entre el vacío y la configuración de formas en el mayor número posible. Lo que estableció este modelo es que las branas se generan siguiendo los patrones numéricos del 3 y el 7, creando así las universos de diferentes combinaciones de dimensiones. En nuestro Universo todo lo que vemos y sentimos está contenido en una de esas branas, que en nuestro caso es tridimensional. Eso es lo que Randall y Karch han inferido de las matemáticas. Los investigadores señalan además que existen otras realidades que podrían hallarse escondidas para nuestra percepción en el Universo: regiones en cinco dimensiones, en nueve, etc., que los humanos no podemos percibir, pero cuya geometría empieza a ser descrita por las matemáticas. Hay regiones que se experimentan en 3D. Hay regiones que se sienten 5D. Hay regiones que se sienten 9D. Estas dimensiones extras son infinitamente grandes. Nosotros sólo estamos en un lugar que se experimenta en 3D para nosotros, asegura Karch en un comunicado de la Universidad de Washington.

Variación del universo en otras dimensiones

En una realidad tridimensional, fuerzas como el electromagnetismo (la interacción electromágnetica es la que se da entre las partículas con carga eléctrica) operan sólo tridimensionalmente y se comportan según las leyes tradicionales de la física: su fuerza disminuye con la distancia. Pero los investigadores señalan que, en el caso de la gravedad, ésta atraviesa todas las dimensiones, incluso aquéllas que no reconocemos con nuestra percepción.

Según ellos, la fuerza de la gravedad, en las siete dimensiones, disminuiría mucho más rápidamente que en el mundo de tres dimensiones. Una alteración de este tipo en la gravedad, generaría una realidad tremendamente extraña: por ejemplo, no habría planetas que girasen alrededor del Sol con órbitas estables. No se puede definir cómo sería ese mundo de siete dimensiones, porque es imposible de imaginar para nuestra percepción, pero en cualquier caso, los sistemas planetarios no existirían tal y como los conocemos.

¿Qué habría al otro lado del universo? Según Karch, en un mundo de siete dimensiones la fuerza de la gravedad sería muy débil, y no habría planetas orbitando alrededor de estrellas. La vida, e incluso la existencia tal y como la conocemos, no podría desarrollarse en ese tipo de universos. La posibilidad de tener galaxias, estrellas y sistemas planetarios hace a nuestro Universo el más interesante y complejo de la diversidad dimensional.



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