¿Qué es un gravitón?

Interacción de la fuerza de gravedad. Crédito: Luis María Benítez.

Si has leído algo sobre física, entonces habrás leído muchas palabras que terminan con “ón”; palabras como protón, neutrón, gluón, fotón, bosón, fermión y ón y ón y ón… Una de las palabras con la que puedes haberte encontrado es “gravitón”. Dejemos algo claro: Por el momento, el gravitón es un concepto totalmente teórico que camina al borde del límite entre los dominios de la ciencia seria y la especulación.

El espectacular éxito de la teoría cuántica para describir tres fuerzas –electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil- proporciona un impulso importante para tratar de unirla a la cuarta fuerza: la gravedad (¿Qué es la gravedad?). De la misma forma en que el fotón es conocido por ser la partícula cuántica de la fuerza electromagnética y el gluón es la partícula cuántica de la fuerza nuclear fuerte, el “gravitón” es el nombre dado a una hipotética partícula cuántica de la fuerza gravitatoria.

Sin embargo, una teoría cuántica de la gravedad ha sido esquiva hasta el momento. La teoría de relatividad general de Einstein ha sido la descripción más exitosa de la gravedad, pero cuando se encuentra con el mundo cuántico predice sinsentidos, con infinitos imposibles que surgen de los cálculos. Infinitos como estos son la manera de la naturaleza de decir “vuelve al pizarrón”. Y aunque los físicos teóricos tienen un camino que recorrer para dar con dicho modelo, aún es posible calcular algunas de las propiedades de los gravitones.

Por ejemplo, sabemos que la gravedad tiene un rango –o alcance- infinito y que puede unir galaxias lejanas. Esto significa que el gravitón típico tiene masa cero. Además, el espacio vacío no tiene carga eléctrica, lo que significa que el gravitón, que actuaría a través del espacio vacío, debe ser eléctricamente neutro.

Pensamientos más sofisticados nos dicen cuál debe ser el spin del gravitón en mecánica cuántica. Aunque las partículas del Modelo Estándar que forman la materia tienen spin 1/2 y las partículas del mismo modelo “portadoras” de las fuerzas tienen un spin de 1, los gravitones deben tener un spin de 2. (Esto proviene del hecho de que la gravedad aparece como consecuencia de la distribución de energía y momentum en el universo. En el formalismo de los matemáticos esto se denomina un tensor. Si quieresimpresionar en una fiesta, dile a tus amigos que la gravedad se origina debido a un tensor de energía-momentum de rango dos.)

Resulta que este spin es una buena ayuda, dado que puedes probar que cualquier partícula sin masa con spin 2 debe actuar exactamente como se ha predicho que debe comportarse un gravitón. Por lo tanto, si descubrimos una partícula sin masa de spin 2, sabremos que es un gravitón. Este comportamiento con spin 2 también explica el hecho de que la gravedad convencional sólo atrae, a diferencia del electromagnetismo, que atrae y repele.

El hecho de que ya se haya predicho en la teoría de supercuerdas una partícula sin masa y de spin 2 es una de las razones de la popularidad de la teoría durante las últimas décadas. Aunque la complejidad de la teoría ha conducido a una disminución del entusiasmo de la comunidad hacia las supercuerdas en los últimos años, sigue siendo una manera elegante de llevar la gravedad al mundo cuántico. Además, teorías más nuevas que predicen dimensiones espaciales adicionales pueden permitir gravitones de spin 2 masivos.

Los gravitones son una idea teóricamente aceptable, pero no probada. Así que si escuchas a alguien decir que “los gravitones son partículas que generan la fuerza gravitatoria”, ten en mente que es una afirmación razonable, pero no significa que sea universalmente aceptada. Pasará mucho tiempo antes que los gravitones sean considerados parte del panteón subatómico.