La importancia de un solo fotón
(el más energético observado en una fuente
de rayos gamma)
en las violaciones de la relatividad especial
Los científicos de la colaboración GBM/LAT del observatorio espacial de rayos gamma Fermi (GLAST) han observado un fotón, solo un fotón, de 31 GeV,
de la fuente intensa de rayos gamma (cortos) GRB 090510.
Más energético de lo esperado interpretan su observación como que la escala
de masas para una teoría cuántica de la gravedad es al menos 102 veces mayor que la escala de Planck.
¡Increíble!
Concluir tanto de tan poco.
Su observación limita las posibles violaciones de la relatividad especial
(posibles dependencias lineales de la velocidad de propagación del fotón con respecto a su energía).
Por supuesto, puede que exista una interpretación menos exótica,
ya que sabemos muy poco de la física de las fuentes intensas
de rayos gamma cortos.
Pero hay que buscar los titulares y estos científicos no han querido desaprovechar su oportunidad.
La ciencia de las grandes colaboraciones muchas veces está guiada
por la búsqueda de los titulares, sobre todo si como es el caso
quieren publicar en Nature.
El artículo técnico es Abdo et al. (Fermi GBM/LAT Collaborations),
“Testing Einstein’s special relativity with Fermi’s short hard gamma-ray burst GRB090510,” ArXiv, Submitted on 13 Aug 2009
(merece la pena leer la información suplementaria).
Visto en el blog de Bee (Sabine Hossenfelder)
“That Photon from GRB090510,” BackReaction, August 16, 2009.
Por cierto, muy interesante su artículo con Lee Smolin
“Conservative solutions to the black hole information problem,” ArXiv,
20 Jan 2009.
Un solo fotón detectado el 10 de mayo de 2009 a la hora universal
00:22:59.97 UT por el Gamma-ray Burst Monitor (GBM) y el Large Area Telescope (LAT) ambos a bordo del telescopio espacial Fermi
(acompañado de otros cientos de fotones de energía inferior detectados en Fermi y miles de ellos detectados en otros observatorios terrestres).
Un fotón de 31 GeV es el fotón con mayor energía detectado nunca
de una fuente de rayos gamma (GRB). Comparando el momento
en que fue detectado con el momento en que se detectaron los demás fotones de energía mucho menor se puede limitar el cociente entre la masa (energía)
a la que deja de ser válida la relatividad especial (MQG)
y la masa (energía) de Planck (MP) resultando en MQG/MP > 102
(el mejor valor hasta ahora era MQG/MP>0.1).
Un resultado espectacular si tenemos en cuenta que todas
las teorías apuntan a que MQG = MP.
Una de las consecuencias de substituir la teoría de la gravedad de Einstein
por una teoría cuántica de la gravedad (sea la que sea)
es que se viola la relatividad especial de Einstein
(al menos a la escala de Planck)
luego los fotones deben tener una velocidad que depende de su energía
(en la mayoría de las alternativas teóricas).
¿Realmente ha sido bien interpretado el fotón observado?
Un fotón, es eso, un fotón y puede provenir de GRB 090510
(como proclaman los autores) o quizás de otra fuente cercana angularmente
o tras sufrir algún fenómeno de refracción.
Además, según algunos autores, como la propia Bee
(S. Hossenfelder, “Multi-Particle States in Deformed Special Relativity,” Phys. Rev. D 75:105005, 2007; ArXiv, 2 Feb 2007)
Podría ocurrir que la dependencia con la energía de la velocidad de los fotones debida a efectos gravitatorios cuánticos no sea lineal, sino cuadrática,
o que incluso depende de la densidad de la energía
y no del valor absoluto de la energía.
Por ejemplo, el resultado experimental observado
no descarta una dependencia cuadrática con la energía compatible
con MQG = MP
(aunque los autores del artículo lo omiten explícitamente).
PS (19 agosto 2009):
Una manera de interpretar el resultado observado es que la Teoría de Supercuerdas (SST) vence a la Gravedad Cuántica de Bucles (LQG),
ya que esta última asume violaciones de la relavitidad especial a la escala
de Planck (como que fotones de diferente frecuencia, color, se propagan a velocidad diferente).
Argumentos al respecto aparecen en “Fermi kills all Lorentz-violating theories,” The Reference Frame, 17 August 2009,
aunque los comentarios de Lubos, como siempre,
son más exagerados y radicales de la cuenta.
(francisthemule)
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