La gran carrera de los fotones

De acuerdo a la teoría de la relatividad especial, todavía en pie a pesar de algunas embestidas, la velocidad de la luz en el vacío es la velocidad límite en la naturaleza. Nada puede ir más rápido (sin embargo la luz puede viajar con más lentitud y parsimonia que en el vacío cuando lo hace a través de medios materiales). Pero a propósito de desafíos a los postulados de Einstein, algunos físicos teóricos se preguntan si todos los fotones, todas las formas de radiación electromagnética -rayos gamma, rayos X, ondas de radio, infrarrojos, ultravioleta, luz visible- viajan a la misma velocidad en el vacío sin distinción de energía (la energía asociada a un fotón es el producto hν, donde h es la constante de Planck, 6.62x10^-27ergio.seg y ν la frecuencia de la luz correspondiente).

Según ciertas teorías, en las cercanías de la longitud de Planck -magnitud que es extremadamente pequeña: 1.6 x 10^-35 metros o 10^-20 veces el tamaño del protón- nuestras ideas normales acerca del espacio y el tiempo dejan de tener validez, y el espacio-tiempo puede llegar a tener la estructura de una especie de "espuma". Algunas teorías predicen que esa espuma espacio-tiempo podría causar que los rayos gamma de alta energía se muevan más lentamente que los fotones de baja energía.

El primer intento por verificar esa idea fue hecha recientemente por el Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma. El 10 de mayo 2009 el Fermi observó un estallido de rayos gamma con sus dos instrumentos -el Monitor de Estallidos de Rayos Gamma y el Telescopio de Gran Área-, midiendo un diferencia en los tiempos de llegada de los fotones de alta y baja energía de nueve décimas de segundo. A pesar de la enorme diferencia de energía entre los dos fotones, un millón a uno, y a pesar del hecho de que los fotones de esta explosión en particular viajaron más de 7.300 millones de años luz, los tiempos de llegada de los mismos fueron casi idénticos.
Desde el punto de vista de la física de alta energía esas nueve décimas de segundo a través de un recorrido cósmico tan extenso es tan pequeña que la diferencia es atribuible probablemente a los procesos involucrados en el estallido de rayos gamma y no a posibles fallas en los postulados de Einstein.

Si los físicos están tratando de modificar o reemplazar el modelo relativista de la gravedad, no es por ambiciones desmedidas ni buscando cubrirse de gloria y premios nobel. En la búsqueda de una teoría unificada de cómo funciona el universo, nadie ha sido capaz todavía de reunir las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza bajo un mismo "techo". El modelo estándar de física de partículas, desarrollado a principios de los setenta, ha unificado tres de las cuatro fuerzas: el electromagnetismo, la fuerza fuerte (que mantiene la integridad de los núcleos de los átomos), y la fuerza débil (responsable de la desintegración radiactiva, entre otras cosas). Pero hasta el presente no se ha podido incluir la graveda en el modelo estándar. Se han propuesto varias teorías, pero ninguna ha demostrado con éxito su validez.

Fuentes de información:
• The Great Photon Race. Heasarc: Picture of the Week.
• Gamma-ray photon race ends in dead heat; Einstein wins this round. Physorg.com.

Ilustración:
Crédito: NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet