Gravitó

Gravitó
Classificació	partícula hipotètica, partícula sense massa, partícula neutral real, bosó elemental i Partícula mediadora
Composició	Partícula elemental
Estadística	Bosònica
Grup	Bosó de Gauge
Interaccions	Gravitatòria
Estat	Teòrica
Símbol	G
Antipartícula	Ella mateixa
Teorització	Dècada de 1930 El nom és atribuït a Dmitrii Blokhintsev i F. M. Gal'perin el 1934
Massa	0
Vida mitjana	Estable
Desintegració en	cap valor
Càrrega elèctrica	0 e
Espín	2
Paritat	1
Supercompanya	Gravití
Número de partícula de Monte Carlo	39

El gravitó és bosó intermediari hipotètic, una partícula elemental que permetria de quantitzar la força gravitatòria de la mateixa manera que els fotons ho fan amb l'electromagnètica, els bosons W i Z per a la nuclear feble, i els gluons per a la nuclear forta. Es tracta d'una partícula de massa nul·la o quasi nul·la, per la qual cosa pot viatjar o a la velocitat de la llum o a una velocitat propera, càrrega elèctrica zero i espín 2.

Teoria quàntica de la gravetat

La teoria de la relativitat general fou presentada el 1915 pel físic teòric alemany Albert Einstein (1879-1955) i la mecànica quàntica el 1926 amb els treballs d'Erwin Schrödinger (1887-1961), Paul Dirac (1902-1984), Max Born (1882-1970), Werner Heisenberg (1901-1976), Niels Bohr (1885-1962), Wolfgang Pauli (1900-1958) i d'altres. Uns anys més tard, cap al 1930, Born, Jordan i Dirac ja foren capaços de formalitzar les propietats quàntiques del camp electromagnètic. Però ja el 1916, Einstein assenyalà que els efectes quàntics havien de conduir a modificacions en la seva teoria de la relativitat general. A principis dels anys trenta, el físic belga Léon Rosenfeld (1904-1974) publicà els primers articles tècnics sobre la gravetat quàntica. La relació amb un camp quàntic d'espín 2 aparegué aviat en els treballs de Fierz i Pauli, i el quàntum d'espín 2 del camp gravitatori ja era una noció familiar en els anys trenta. El seu nom, «gravitó», començà a emprar-se el 1934, quan aparegué en un article dels físics soviètics Dmitri I. Blokhintsev (1908-1979) i F.M. Gal'perin (publicat a la revista ideològica Sota la Bandera del Marxisme).^[4] Bohr considerà la idea d'identificar el neutrí i el gravitó, com havien proposat Blokhintsev i Gal'perin.^[5]

El bosó intermediari de la gravetat

Els gravitons són partícules hipotètiques que transmeten la interacció gravitacional en el marc de la teoria quàntica de camps, se simbolitzen per G. Encara que no han estat descoberts es pot deduir que la seva massa ha de ser nul·la, ja que la gravitació és una força de llarg abast. La seva càrrega elèctrica ha de ser també nul·la i el seu espín, enter (són, per tant, bosons).^[6]

Segons la teoria de la relativitat general d'Albert Einstein, la gravetat és una propietat inherent de l'espai-temps que es manifesta com una curvatura causada per la presència de massa i energia. No obstant això, en la teoria quàntica, que descriu les interaccions a escala de partícules elementals, cal postular una partícula portadora de la força gravitatòria, similar als altres camps de forces coneguts, com l'electromagnetisme (amb el fotó) o la força nuclear feble (amb els bosons W i Z). Té un espín igual a 2 unitats, i això el diferencia dels altres bosons coneguts, que tenen spins diferents (0 o 1). Ja que sembla que els gravitons serien idèntics a les seves antipartícules, la noció d'antigravetat és qüestionable.^[7]

La massa del gravitó

Una característica comuna en diverses alternatives teòriques a la teoria de la relativitat general és que el gravitó té una massa diferent de zero. Aquestes teories es poden descriure com a teories de gravetat massives. Malgrat les nombroses complexitats teòriques d'aquestes teories, des d'un punt de vista fenomenològic les implicacions de la gravetat massiva s'han utilitzat àmpliament per establir límits per a la massa del gravitó. Una de les implicacions genèriques de dotar de massa al gravitó és que el potencial gravitatori disminuirà de manera similar a una caiguda del tipus potencial de Yukawa. Aprofitant aquesta característica de les teories de gravetat massives s'ha investigat la massa del gravitó fent servir els objectes més grans lligats gravitacionalment, és a dir, els cúmuls de galàxies. Les observacions fetes des del 2016 han establert el límit més estricte per a la massa del gravitó, la qual és inferior a 6 × 10⁻³² eV.^[8]

Per altra banda, l'equip de LIGO/Virgo el 2016 estimà la massa relativista per a ones gravitacionals observades a partir de la fusió d'un forat negre binari en aproximadament 1,22 × 10⁻²² eV/c², citant les incerteses en la longitud d'ona de Compton ${\textstyle \lambda _{C}=h/mc}$ mesurada de l'ona. L'energia d'una partícula és expressada per l'equació:^[9]

$E={\sqrt {(m_{0}c^{2})^{2}+(pc)^{2}}}$ on:

$m_{0}$ és la massa en repòs de la partícula, en aquest cas del gravitó,
${\ce {c}}$ la velocitat de la llum,
$p$ el moment lineal o quantitat de moviment de la partícula.

Els càlculs teòrics preveuen que tengui un massa d'1,353 64 × 10⁻²² eV/c², valor molt proper a l'obtingut pels descobridors de les ones gravitacionals, d'on s'obté una massa en repòs de 4,66 × 10⁻²⁴ eV/c².^[9]

Referències

↑ G es fa servir per a evitar la confusió amb els gluons (símbol g)
↑ Rovelli, Carlo «Notes for a brief history of quantum gravity». Cornell University Library, 2001.
↑ Blokhintsev, D. I.; Gal'perin, F. M. «Gipoteza neitrino i zakon sokhraneniya energii (Hipòtesi del neutrino i conservació de l'energia)» (en rus). Pod Znamenem Marxisma, 6, 1934, pàg. 147–157.
↑ Blokhintsev, D.I.; Gal’perin, F.M. «Neutrino Hypothesis and Conservation of Energy» (en rus). Pod Znamenem Marxisma, 6, 1934, pàg. 147-157.
↑ Rovelli, Carlo. Quantum gravity. Cambridge: Cambridge university press, 2008. ISBN 978-0-521-71596-6.
↑ «Gravitó». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
↑ Britannica, The Editors of Encyclopaedia. «graviton» (en anglès). Encyclopædia Britannica, 2003.
↑ Rana, Akshay; Jain, Deepak; Mahajan, Shobhit; Mukherjee, Amitabha «Bounds on graviton mass using weak lensing and SZ effect in galaxy clusters» (en anglès). Physics Letters B, 781, 10-06-2018, pàg. 220–226. DOI: 10.1016/j.physletb.2018.03.076. ISSN: 0370-2693.
↑ ^9,0 ^9,1 Rotich, Nicolus. «A Prediction on the Graviton» (en anglès), 06-02-2020. [Consulta: 19 maig 2023].

Viccionari

[1] G es fa servir per a evitar la confusió amb els gluons (símbol g)

[2] Rovelli, Carlo «Notes for a brief history of quantum gravity». Cornell University Library, 2001.

[3] Blokhintsev, D. I.; Gal'perin, F. M. «Gipoteza neitrino i zakon sokhraneniya energii (Hipòtesi del neutrino i conservació de l'energia)» (en rus). Pod Znamenem Marxisma, 6, 1934, pàg. 147–157.

[4] Blokhintsev, D.I.; Gal’perin, F.M. «Neutrino Hypothesis and Conservation of Energy» (en rus). Pod Znamenem Marxisma, 6, 1934, pàg. 147-157.

[5] Rovelli, Carlo. Quantum gravity. Cambridge: Cambridge university press, 2008. ISBN 978-0-521-71596-6.

[6] «Gravitó». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.

[7] Britannica, The Editors of Encyclopaedia. «graviton» (en anglès). Encyclopædia Britannica, 2003.

[8] Rana, Akshay; Jain, Deepak; Mahajan, Shobhit; Mukherjee, Amitabha «Bounds on graviton mass using weak lensing and SZ effect in galaxy clusters» (en anglès). Physics Letters B, 781, 10-06-2018, pàg. 220–226. DOI: 10.1016/j.physletb.2018.03.076. ISSN: 0370-2693.

[:0-9] 9,0 ^9,1 Rotich, Nicolus. «A Prediction on the Graviton» (en anglès), 06-02-2020. [Consulta: 19 maig 2023].

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]