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Artículo publicado por Edwin Cartlidge el 10 de mayo de 2016 en physicsworld.com

Se han desvelado los primeros resultados procedentes de un detector diseñado para buscar pruebas de partículas que nos llegan procedentes de un universo paralelo, proporcionados por físicos de Francia y Bélgica. Aunque no arrojaron resultados positivos, los investigadores dicen que su experimento proporciona una forma simple y de bajo coste de poner a prueba teorías más allá del modelo estándar de la física de partículas, y que el detector podría hacerse significativamente más sensible en el futuro.

Branas

Branas

Varias teorías cuánticas de la gravedad predicen la existencia de dimensiones más allá de las tres espaciales y una temporal que nos son familiares. Esas teorías tienen una visión de nuestro universo como una superficie en 4D, o “brana”, en un espacio-tiempo de más dimensiones conocido como bulk, de la misma forma que una hoja de papel bidimensional existe como una superficie dentro de nuestras tres dimensiones espaciales normales. El bulk podría contener múltiples branas separadas entre sí por cierta distancia dentro de las dimensiones superiores.

Los físicos no han encontrado pruebas empíricas de la existencia de otras branas, sin embargo, en 2010, Michaël Sarrazin de la Universidad de Namur, en Bélgica, y Fabrice Petit del Belgian Ceramic Research Centre propusieron un modelo que demostraba que las partículas normalmente atrapadas dentro de una brana deberían, ocasionalmente, ser capaces de abrir un túnel mecánico cuántico hacia la brana adyacente. Dicen que los neutrones deberían verse más afectados que las partículas cargadas, ya que este paso por el túnel se vería dificultado por las interacciones electromagnéticas.

El vecino más cercano

Los investigadores ahora se han unido a físicos de la Universidad de Grenoble, en Francia, y otros en la Universidad de Namur pra poner a prueba su modelo. Esto implicaba configurar un detector de helio-3 a unos pocos metros del reactor nuclear del Institut Laue-Langevin (ILL) en Grenoble, y luego registrar cuántos neutrones eran interceptados. La idea es que los neutrones emitidos por el reactor existirían en un estado de superposición cuántica de estar en nuestra brana y estar en una brana adyacente (dejando aparte el efecto de branas más lejanas). Las funciones de onda de los neutrones colapsarían entonces en uno de los dos estados al colisionar con los núcleos dentro del moderador de agua pesada que rodea al núcleo del reactor.

La mayor parte de los neutrones terminarían en una brana, pero una pequeña fracción entraría en la adyacente. Esos neutrones, según su razonamiento, escaparían – al contrario que los neutrones de nuestra brana – del reactor, debido a que interactuarían muy débilmente con el agua y el aislamiento de hormigón a su alrededor. Sin embargo, dado que una minúscula parte de la función de onda de esos neutrones aún estaría en nuestra brana incluso tras el colapso inicial, podrían volver a nuestro mundo al colisionar con los núcleos de helio del detector. En otras palabras, habría una pequeña, pero finita, posibilidad de que algunos neutrones emitidos por el reactor desapareciesen camino de otro universo antes de reaparecer en el nuestro – registrándose estos eventos en el detector.

Sarrazin dice que el mayor desafío al llevar a cabo el experimento era minimizar el considerable flujo de fondo provocado por la filtración de instrumentos cercanos dentro de la sala del reactor. Él y sus colegas redujeron el ruido encerrando el detector en un aislamiento multicapa – una caja de polietileno de 20 centímetros de grosor en el exterior para convertir neutrones rápidos en termales, y luego una caja de boro en el interior para capturar los neutrones termales. Este aislamiento redujo la señal de fondo en un factor de un millón.

Límite superior restrictivo

Haciendo funcionar su detector durante cinco días en julio del año pasado, Sarrazin y sus colegas registraron un pequeño pero significativo número de eventos. El hecho de que estos eventos pudiesen ser ruido de fondo residual implica que no constituyen pruebas de neutrones ocultos, dicen los investigadores. Pero les permite establecer un límite superior a la probabilidad de que un neutrón entre en un universo paralelo cuando colisionara con un núcleo – uno de cada dos mil millones, lo que es unas 15 000 veces más restrictivo que el límite al que los investigadores había llegado mediante el estudio de neutrones ultrafríos almacenados. Este nuevo límite, dicen, implica que la distancia entre las branas debe ser superior a 87 veces la longitud de Planck (aproximadamente 1,6 × 10–35 m).

Para estudiar y establecer si alguno de los eventos residuales pudiera ser, en efecto, debido a neutrones ocultos, Sarrazin y sus colegas planean llevar a cabo más pruebas, y más largas, en el en un plazo de un año. Sarrazin señala que, debido a que su modelo no predice la fuerza del acoplamiento entre branas, estas pruebas no pueden usarse para descartar por completo la existencia de branas ocultas. Inversamente, dice, podría proporcionar una “prueba clara” de apoyo a las branas, lo cual, añade, probablemente no podría obtenerse usando el LHC del CERN. “Si la escala de energía de la brana corresponde con la escala de energía de Planck, no hay esperanzas de observar este tipo de nueva física en un colisionador”, comenta.

Axel Lindner de DESY, que lleva a cabo un experimento similar del tipo de “partículas que brillan al pasar a través de un muro” (pero usando fotones en lugar de neutrones), apoya la última investigación. Cree que es “muy importante” estudiar estas “alocadas” ideas experimentalmente, dadas las limitadas pistas actuales sobre qué podría desbancar al Modelo Estándar. “Sería muy deseable aclarar si las señales de neutrones detectadas pueden realmente atribuirse al ruido de fondo, o si hay algo más tras ellas”, comenta.

La investigación se describe en la revista Physics Letters B.

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