Einstein dijo que era imposible. Un fotón de 300 TeV acaba de demostrar que quizás se equivocaba (un poco)
9 de octubre de 2022. Una señal captada en el observatorio Carpet, en Baksán, llama la atención de los científicos. Se corresponde con una explosión de rayos gamma, a la que catalogan como GRB 221009A y bautizan más coloquialmente como BOAT. Casi todo en ella es normal. Sin embargo, uno de los fotones que han llegado al detector ubicado en el Cáucaso ruso es demasiado energético para haber sobrevivido a su viaje. Según las teorías desarrolladas por Albert Einstein en 1905, debería haberse perdido por el camino. Ahora, unos científicos italianos han conseguido explicar cómo llegó a la Tierra ese fotón; pero claro, su hipótesis le quita algo de razón al padre de la Teoría de la Relatividad.
Una detección inesperada. El fotón que llamó la atención de los científicos tenía una energía de 300 TeV. La más alta registrada jamás en un fotón proveniente de un estallido de rayos gamma. Se sabe que viajó unos 2.000 millones de años luz hasta llegar a nuestro planeta y eso es lo curioso. Según las hipótesis de la invarianza de Lorentz enunciadas por Einstein en 1905, esto no debería haber ocurrido.
¿Invarianza de qué? Si vamos dentro de un tren y lanzamos una pelota, nosotros la vemos moverse a una velocidad concreta, pero alguien desde fuera del tren la verá más rápido, ya que se suma la velocidad de la pelota a la del tren. Esto, en cambio, no pasa con la luz. Si encendemos una linterna dentro de un tren, la velocidad a la que viajan los fotones se verá igual tanto dentro como fuera. En 1904, un científico llamado Hendrik Lorentz enunció una serie de ecuaciones que explicaban este dato tan curioso y las sostuvo en buena parte en la presencia de éter, una especie de sustancia invisible a través de la que viaja la luz en el espacio. Desgraciadamente, nadie logró encontrar ese éter, porque no existe. Por eso, en 1905, con su Teoría de la Relatividad, Einstein hizo una pequeña variación.
Las fórmulas cuadraban y es cierto que la velocidad de la luz es igual para todos, pero básicamente porque el tiempo y el espacio no son iguales para todos: depende de cómo te muevas. Aun así, había un límite de velocidad que se puede alcanzar en el Universo: el de la luz. Esa es la invarianza de Lorentz.
Volvemos al fotón. Generalmente, se considera que un fotón de tan alta energía no puede llegar hasta la Tierra desde tan lejos, porque por el camino va interaccionando con la radiación de fondo de microondas. Este es un remanente de luz procedente del Big Bang. Como luz que es, también está compuesto por fotones, que en algún momento chocarían con ese fotón tan energético y lo desintegrarían. En Phys lo comparan con una flecha muy grande que viaja a través de un bosque inmenso plagado de árboles, muy pegados unos a otros. Es imposible que llegue al final del bosque sin clavarse en uno de los árboles. Por eso es tan raro que este fotón tan energético llegase a la Tierra.
Una posible solución. Desde que se descubrió la explosión BOAT, se ha pensado que, quizás, el fotón pudo llegar a la Tierra convirtiéndose temporalmente en partícula axiónica (ALPs) y volviendo a su estado natural a su llegada a la Vía Láctea. Las ALPs son unas partículas extremadamente ligeras, que pueden evitar la interacción de la radiación de fondo de microondas. Tomando prestada la comparación con la flecha, sería como si esta se convirtiese en una mota de polvo en lo que dura el viaje a través del bosque y volviese luego a convertirse en flecha antes de llegar a su destino. Aunque suene a ciencia ficción, se ha demostrado que este es un proceso real. El problema es que solo puede ocurrir con fotones de unas pocas decenas de teraelectronvoltios. Es imposible con un fotón tan energético como el de BOAT.
La hipótesis italiana. Los autores del estudio que se ha publicado recientemente consideran que ese fotón pudo llegar a la Tierra porque, quizás, las leyes de la física que tenemos aceptadas hoy en día, las de Einstein, varían ligeramente a energías muy altas. Esto significaría que la velocidad de la luz no es siempre la misma para todos. A energías muy altas, podría haber un cambio minimísimo, pero suficiente para que cambie el umbral matemático que determina si dos fotones se desintegran al chocar.
Llega más tarde. Según la hipótesis italiana, la radiación de fondo de microondas seguiría ahí, pero no sería suficiente para aniquilar al fotón. Sería como si los árboles se volviesen atravesables, en vez de oponer resistencia total a la flecha. Eso sí, no es lo mismo pasar directamente por el aire que tener que atravesar los troncos. Ese fotón más energético llegaría más tarde que esos más pequeños que no han tenido que luchar contra los árboles. Y es justo eso lo que hace a esta teoría tan buena, porque el fotón de 300 TeV llegó a Carpet una hora más tarde que el resto.
¿Einstein se equivocaba? Todo esto no quiere decir que la Teoría de la Relatividad de Einstein esté equivocada. Se ha demostrado y confirmado de muchas formas distintas. Sin embargo, es posible que a una energía inmensa, muchísimo más alta que la que se ha podido alcanzar jamás en un acelerador de partículas, cambien un poco las reglas del juego. Es una excepción rarísima, pero ahí sí podríamos decir que Einstein se quedó algo corto.
Imágenes | ESO/A. Roquette
