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Investigadores austriacos crean teoría geométrica inédita para describir la curvatura del universo en escalas subatómicas y cosmológicas y prueban interacciones entre gravedad y partículas cuánticas
Mientras los satélites orbitan bajo las leyes de Einstein y los átomos se comportan conforme a la mecánica cuántica, la física sigue buscando responder una de las preguntas más profundas de la ciencia moderna: ¿cómo unificar las leyes que rigen lo muy grande con las que controlan lo muy pequeño? Esta búsqueda, que mezcla lo invisible con lo colosal, está en el centro de nuevas investigaciones conducidas por la Universidad de Viena.
En un extenso artículo publicado el 28 de mayo de 2025, el físico Sebastian Deiber presenta los esfuerzos de tres equipos distintos que operan en los campos de la física de partículas, de la matemática aplicada y de la gravedad cuántica. El enfoque está en teorías sobre materia oscura, unificación de fuerzas fundamentales y la geometría profunda del espacio-tiempo.
El rompecabezas de la física: entre partículas invisibles y fuerzas que no encajan
Desde el éxito del Modelo Estándar de la física de partículas, responsable de explicar casi todos los fenómenos no gravitacionales observables, científicos como Josef Pradler se dedican a explorar lo que todavía está oculto. Pradler, profesor de la Universidad de Viena, enfatiza: “La teoría funciona, pero no explica todo. Algo está faltando”.
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Uno de los mayores enigmas es la materia oscura. Se estima que representa el 85% de toda la materia del universo, pero nunca ha sido detectada directamente. Solo se conocen sus efectos gravitacionales, como la curvatura de la luz en fenómenos de lente gravitacional o la velocidad anómala de rotación de las galaxias.
La hipótesis dominante sugiere que la materia oscura está compuesta por partículas con masa y sin carga eléctrica, propiedades compatibles con el Modelo Estándar, pero que requieren su ampliación. Esta es la misión del grupo de Pradler: crear modelos teóricos y confrontarlos con datos de telescopios y detectores subterráneos.
Estas investigaciones requieren precisión extrema. Aun sin observar directamente estas partículas, los científicos refinan predicciones y guían experimentos que buscan vestigios de su existencia en ambientes controlados, donde colisionadores y sensores buscan lo invisible.
Además de la materia oscura, otro desafío es la unificación entre la gravedad, hoy explicada por la teoría de la relatividad general, y las demás fuerzas fundamentales, que siguen el régimen cuántico. Hasta hoy, no existe una teoría validada que una estos dos pilares de la física moderna.
Para esto, el grupo de Markus Aspelmeyer desarrolla experimentos extremadamente sensibles en laboratorios subterráneos en Austria, donde intentan colocar partículas en estados cuánticos sujetos a la influencia gravitacional. Si tienen éxito, probarán que la gravedad también necesita una descripción cuántica.
Este experimento se realiza con partículas de vidrio en escala nanométrica, enfriadas a temperaturas cercanas al cero absoluto y mantenidas en vacío absoluto, evitando cualquier interferencia externa que destruya el estado cuántico.
Espacio-tiempo pixelado y nuevas geometrías para la realidad
Si la física experimental busca pistas, la matemática teórica se anticipa con modelos audaces. Roland Steinbauer y su equipo están proponiendo una nueva geometría del espacio-tiempo, basada en la idea de que el universo, en sus menores escalas, no es continuo, sino que está formado por “puntos cuánticos”, como píxeles.
En la relatividad general de Einstein, la gravedad es la curvatura del espacio-tiempo causada por la presencia de masa. Sin embargo, en situaciones extremas, como el colapso de una estrella o el interior de un agujero negro, esta curvatura deja de ser suave y continua.
En esos casos, la matemática clásica falla. Es ahí donde entra el nuevo enfoque: la geometría desarrollada por Steinbauer es capaz de lidiar con “espacios-tiempo ásperos”, donde hay discontinuidades y cambios abruptos.
Una de las teorías más prometedoras en este campo es la llamada Teoría del Conjunto Causal, que describe el universo como un conjunto de eventos discretos, conectados causalmente. Esta visión puede ser la clave para unir la física clásica con la cuántica.
El grupo de Steinbauer desarrolla herramientas matemáticas capaces de calcular curvaturas en escenarios donde la geometría tradicional no funciona, como en las fronteras entre estrellas y el vacío, donde la densidad de materia cambia abruptamente.
Con esto, la nueva geometría promete proporcionar un lenguaje común para diversas teorías candidatas a la gravedad cuántica, ofreciendo consistencia entre escalas cuánticas y cósmicas.
Al permitir que científicos describan curvaturas tanto en el “espacio-tiempo clásico” como en modelos “pixelados”, la teoría de Steinbauer representa un avance significativo hacia la unificación de los modelos físicos.
Aunque una teoría definitiva de la gravedad cuántica aún no ha sido validada, la convergencia entre experimentos y modelos matemáticos en la Universidad de Viena indica que estamos cada vez más cerca de entender los bloques fundamentales de la realidad.
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