(Phys.org) - Utilizando datos de las primeras ondas gravitacionales detectadas el año pasado, junto con un análisis teórico, Los físicos han demostrado que las ondas gravitacionales pueden oscilar entre dos formas diferentes llamadas ondas gravitacionales de tipo "g" y "f". Los físicos explican que este fenómeno es análogo a la forma en que los neutrinos oscilan entre tres sabores distintos:electrón, muon, y tau. Las ondas gravitacionales oscilantes surgen en una teoría modificada de la gravedad llamada gravedad bimétrica, o "bigravity, "y los físicos muestran que las oscilaciones pueden ser detectables en experimentos futuros.

Los investigadores, Kevin Max, estudiante de doctorado en Scuola Normale Superiore di Pisa e INFN Pisa, Italia; Moritz Platscher, estudiante de doctorado en el Instituto Max Planck de Física Nuclear, Alemania; y Juri Smirnov, un postdoctorado en la Universidad de Florencia, Italia, han publicado un artículo sobre su análisis de las oscilaciones de ondas gravitacionales en un número reciente de Cartas de revisión física .

Como explican los físicos, el trabajo puede ayudar a responder la pregunta de qué está hecho "el otro 95%" del universo, sugiriendo que la respuesta puede estar en modificaciones de la gravedad en lugar de nuevas partículas.

"Solo el 5% de la materia es de un tipo que creemos comprender correctamente, "Smirnov dijo Phys.org . "Para abordar la cuestión de de qué está hecho nuestro universo ('materia oscura' y 'energía oscura'), la mayoría de los autores discuten modelos alternativos de física de partículas con nuevas partículas. Sin embargo, experimentos como los del LHC [Gran Colisionador de Hadrones] no han detectado partículas exóticas, todavía. Esto plantea la pregunta de si tal vez sea necesario modificar el lado gravitacional.

"En nuestro trabajo, preguntamos qué señales podríamos esperar de una modificación de la gravedad, y resulta que bigravity presenta una señal única de este tipo y, por lo tanto, puede discriminarse de otras teorías. La reciente detección de ondas gravitacionales por LIGO [Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser] nos ha abierto una nueva ventana sobre los sectores oscuros del universo. Si la naturaleza ha elegido la relatividad general, bigravity, o cualquier otra teoría es una cuestión diferente al final. Solo podemos estudiar posibles señales que los experimentales puedan buscar ".

Dos gravitones en lugar de uno

En la actualidad, la mejor teoría de la gravedad es la teoría de la relatividad general de Einstein, que utiliza una única métrica para describir el espacio-tiempo. Como resultado, Las interacciones gravitacionales están mediadas por una sola partícula hipotética llamada gravitón, que no tiene masa y viaja a la velocidad de la luz.

La principal diferencia entre la relatividad general y la bigravedad es que la bigravedad usa dos métricas, gy f. Mientras que g es una métrica física y se acopla a la importancia, f es una métrica estéril y no se acopla para importar. En bigravity, las interacciones gravitacionales están mediadas por dos gravitones, uno de los cuales tiene masa y el otro sin masa. Los dos gravitones se componen de diferentes combinaciones (o superposiciones) de las métricas g y f, y así se acoplan a la materia circundante de diferentes formas. La existencia de dos métricas (y dos gravitones) en el marco de bigravedad finalmente conduce al fenómeno de oscilación.

Como explican los físicos, la idea de que podría existir un gravitón con masa ha existido desde casi tanto tiempo como la propia relatividad general.

"La teoría de la relatividad general de Einstein predice un mediador (el 'gravitón') de las interacciones gravitacionales, que viaja a la velocidad de la luz, es decir., que no tiene masa, ", Dijo Max." A fines de la década de 1930, la gente ya estaba tratando de encontrar una teoría que contenga un mediador que tenga una masa, y así viaja a una velocidad menor que la velocidad de la luz. Esto resultó ser una tarea muy difícil y solo se logró recientemente en 2010. Bigravity es una variación de este marco de 2010, que no cuenta con uno, pero dos métricas dinámicas. Solo uno de ellos se empareja para importar mientras que el otro no; y una combinación lineal de ellos se vuelve masiva (más lenta que la velocidad de la luz) mientras que la otra no tiene masa (velocidad de la luz) ".

Oscilaciones

Los físicos demuestran que, en el marco de la bigravedad, a medida que las ondas gravitacionales se producen y se propagan a través del espacio, oscilan entre los tipos g y f, aunque sólo se puede detectar el tipo g. Aunque investigaciones anteriores han sugerido que estas oscilaciones podrían existir, parecía conducir a resultados no físicos, como una violación de la conservación de energía. El nuevo estudio muestra que las oscilaciones pueden surgir teóricamente en un escenario físico realista cuando se consideran masas de gravitón que son lo suficientemente grandes como para ser detectadas por las pruebas astrofísicas actuales.

Para comprender estas oscilaciones, los científicos explican que en muchos aspectos se parecen a las oscilaciones de neutrinos. Aunque los neutrinos vienen en tres sabores (electrón, muon, y tau), Por lo general, los neutrinos que se producen en las reacciones nucleares son neutrinos electrónicos (o antineutrinos electrónicos) porque los demás son demasiado pesados ​​para formar materia estable. En una forma similar, en bigravity solo importa la métrica g, por lo que las ondas gravitacionales producidas por eventos astrofísicos, como las fusiones de agujeros negros, son de tipo g ya que las ondas gravitacionales de tipo f no se acoplan a la materia.

"La clave para comprender el fenómeno de oscilación es que los neutrinos electrónicos no tienen una masa definida:son una superposición de los tres estados propios de la masa de neutrinos, "Explicó Platscher." Hablando más matemáticamente, la matriz de masa no es diagonal en la base del sabor (electrón-muón-tau). Por lo tanto, la ecuación de onda que describe cómo se mueven a través del espacio los mezclará y, por lo tanto, "oscilarán".

"Lo mismo ocurre en bigravity:g es una mezcla del gravitón masivo y sin masa, y por lo tanto, a medida que la onda gravitacional viaja a través del Universo, oscilará entre ondas gravitacionales de tipo gy f. Sin embargo, solo podemos medir el primero con nuestros detectores (que están hechos de materia), mientras que este último pasaría a través de nosotros sin ser visto! Esto sería, si bigravity es una descripción correcta de la naturaleza, dejar una huella importante en la señal de la onda gravitacional, como hemos mostrado ".

Como señalan los físicos, la similitud entre los neutrinos y las ondas gravitacionales se mantiene a pesar de que la oscilación de los neutrinos es un fenómeno mecánico cuántico que se describe mediante la ecuación de onda de Schrödinger, mientras que la oscilación de la onda gravitacional no es un efecto cuántico y, en cambio, se describe mediante una ecuación de onda clásica.

Un efecto particular que predicen los físicos es que las oscilaciones de las ondas gravitacionales conducen a modulaciones de deformación mayores en comparación con las predichas por la relatividad general. Estos resultados sugieren un camino hacia la detección experimental de oscilaciones de ondas gravitacionales y la búsqueda de apoyo para la bigravidad.

"Dado que la bigravedad es una teoría muy joven, aún queda mucho por hacer, y es necesario explorar su potencial para abordar las deficiencias de nuestras teorías, ", Dijo Smirnov." Ha habido algunos trabajos en este sentido, pero ciertamente queda mucho por hacer y esperamos contribuir también en el futuro ".

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