Las señales de extradimensiones extra pueden revelarse en la forma en que impactan las ondas gravitatorias. Los científicos esperan que el estudio posterior de estas ondas pueda permitir una teoría única y coherente del universo.

Tan importante como la gravedad para nosotros aquí en la Tierra, es sorprendentemente débil en comparación con otras fuerzas fundamentales en nuestro universo, como el electromagnetismo. De hecho, a medida que los investigadores luchan por unir los efectos cuánticos y la gravedad en teorías únicas que tienen sentido, encuentran que las dimensiones adicionales, por lo general con la gravedad, están implícitas.

Sin embargo, teorizar la existencia de estas dimensiones adicionales es mucho más fácil que demostrar realmente que existen. Los científicos esperaban que el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) pudiera revelar evidencia de su existencia. Después de todo, el dispositivo les da la capacidad de ejecutar experimentos especializados en busca de trazas de partículas masivas, agujeros negros microscópicos y falta de energía causada por la migración de gravitones a dimensiones más altas. Sin embargo, hasta el momento, no se ha descubierto una prueba definitiva con el LHC, o simplemente no se ha comunicado.

En su búsqueda de respuestas, los investigadores Gustavo Lucena Gómez y David Andriot en el Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Potsdam, Alemania, se han dedicado a dos efectos extraños: las ondas gravitacionales de alta frecuencia y el «breathing mode», una modificación de cómo ondas gravitacionales estrechan el espacio.

Los investigadores calcularon que las dimensiones adicionales deberían resultar en la creación de ondas gravitatorias extra, de alta frecuencia. Desafortunadamente, actualmente no tenemos observatorios que puedan detectar frecuencias en el rango que predicen, ni tampoco están en desarrollo.

Sin embargo, tenemos la tecnología necesaria para observar el «breathing mode». El espacio cambia de forma a medida que reacciona a la gravedad que pasa a través de él. El «breathing mode» se ve cuando, además de estirar y aplastarse, el espacio se expande y se contrae en reacción a las ondas gravitatorias adicionales. «Con más detectores podremos ver si este modo de respiración está sucediendo», dijo Lucena Gómez a New Scientist.

Basándose en los cálculos de los investigadores, las ondas adicionales a altas frecuencias apuntarían decisivamente a dimensiones adicionales. Sin embargo, el «breathing mode» podría tener explicaciones más allá de esas dimensiones teóricas, pero su detección sería una pista significativa que apunta hacia su existencia.

Explicando nuestro Universo

Incluso sin pruebas definitivas, estamos avanzando en nuestra búsqueda de otras dimensiones. Desde el año 2015, los científicos han podido observar las ondas gravitacionales, y debido a que la gravedad probablemente existe en otras dimensiones, observar y analizar el comportamiento de estas ondas bajo diferentes condiciones podría proporcionar pistas sobre esas dimensiones adicionales. La existencia de otra dimensión hace que la fuerza gravitacional débil sea más comprensible – si la gravedad existe también en todas estas dimensiones extra, debe ser más débil.

Dicho de otro modo, la existencia de dimensiones adicionales permitiría una teoría coherente e integral del universo. También explicaría incertidumbres sobre la naturaleza de la gravedad. Incluso nos pondría en el camino de explicar por qué el universo se está expandiendo cada vez más rápido. “Si las dimensiones adicionales están en nuestro universo, esto estiraría o reduciría el espacio-tiempo de una manera diferente a lo que las ondas gravitatorias estándar nunca lo harían», explicó Lucena Gómez.

La prueba de una dimensión extra sería extraordinariamente excitante para los físicos que trabajan para explicar las leyes del universo con una sola teoría coherente. Si pudiéramos reconciliar los conflictos entre la teoría del campo cuántico y los principios generales de la relatividad, por ejemplo, cosas como la antigravedad, la comunicación instantánea y el transporte, la transmutación de la materia y el viaje más rápido que la luz podrían ser posibles. Por ahora, no tenemos una respuesta definitiva, pero la comprensión de los comportamientos de las ondas gravitacionales sería un paso notable en la dirección correcta.