Un análisis del brote de rayos gamma más brillante jamás observado no revela diferencias en la velocidad de propagación de las distintas frecuencias de la luz, lo que impone algunas de las restricciones más estrictas a ciertas violaciones de la relatividad general.
Si mandas un pulso de luz blanca por una fibra óptica los componentes rojos de su espectro llegarán al extremo más alejado antes que los componentes azules. Si mandas el mismo pulso a través del vacío, el resultado será un empate técnico entre todas las frecuencias. La ausencia de dispersión de frecuencias es una consecuencia de una simetría fundamental de la relatividad conocida como invariancia de Lorentz.
Sin embargo, algunas teorías de la gravedad cuántica predicen que, para energías de fotones muy altas, el vacío se comporta como un medio. Los investigadores del Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) en China han comprobado ahora la invariancia de Lorentz analizando las mediciones de un brote de rayos gamma. La falta de una violación observable de la invariancia de Lorentz ha permitido al equipo elevar el umbral de energía a partir del que los efectos de la gravedad cuántica podrían hacerse evidentes.
Los brotes de rayos gamma, explosiones cósmicas que emiten radiación de alta energía, son excelentes sujetos para probar la invariancia de Lorentz, ya que su gran distancia significa que una pequeña dispersión se traduce en una variación detectable de los tiempos de llegada. El equipo de LHAASO estudió el brote de rayos gamma 221009A, el evento de este tipo más brillante jamás observado y, a una distancia de aproximadamente 2.400 millones de años luz, uno relativamente cercano. Aunque esta proximidad reduciría cualquier dispersión en el tiempo de llegada en comparación con eventos más distantes, el alto flujo de fotones ofrecía una oportunidad única para realizar mediciones estadísticamente significativas.
Al analizar cómo cambiaba el espectro de energía de los brotes de rayos gamma a lo largo del tiempo, los investigadores han podido restringir los dos términos principales que describen la dispersión de frecuencias potencial de la luz, los que varían lineal o cuadráticamente con la energía del fotón.
Para el término lineal, los investigadores han obtenido una restricción similar a la derivada previamente a partir de otras observaciones de los brotes de rayos gamma. Para el cuadrático, han establecido un umbral de energía de cinco a siete veces mayor a partir del que podría surgir la gravedad cuántica.
Futuras observaciones de las etapas iniciales de un brote de rayos gamma podrían ofrecer pruebas de una violación de Lorentz aún más sensibles.
Referencias:
Zhen Cao et al. (The LHAASO Collaboration) (2024) Stringent Tests of Lorentz Invariance Violation from LHAASO Observations of GRB 221009A Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.133.071501
M. Stephens (2024) Gamma-Ray Burst Tightens Constraints on Quantum Gravity Physics 17, s99
Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance
