He oído que es increíblemente difícil detectar un gravitón, pero no entiendo muy bien por qué. Con todo el conocimiento que tengo en este momento, parece que debería ser posible crear un gravitón en un acelerador de partículas. Así es como me imagino: un gravitón no tiene masa, por lo que la colisión no debería tener una energía demasiado alta. Dado que la gravedad actúa sobre cualquier cosa con energía, un campo de gravitones debería acoplarse con todos los demás campos, por lo que parece que los gravitones podrían crearse en las colisiones. Un gravitón creado de esta manera probablemente no aparecería en los detectores tradicionales, pero las dos unidades de espín asociadas con la partícula no estarían presentes en los productos de desintegración observados. ¿Qué tiene de malo esta imagen? Puede provenir de una comprensión ingenua de la dispersión, ya que no soy físico (todavía).
ps Tengo el mismo malentendido con respecto a los axiones. Se predice que son partículas ligeras, entonces, ¿por qué no se crean en las colisiones?
Debe distinguir entre los gravitones virtuales que aparecen en un cálculo de la teoría cuántica de campos de una interacción gravitacional y los gravitones reales que forman una onda gravitacional. El tipo de experimento que estás describiendo requiere la emisión de gravitones reales, es decir, la emisión de una onda gravitatoria.
El problema es que la constante de acoplamiento del campo gravitatorio es muy, muy pequeña. A partir de argumentos dimensionales, el orden de magnitud de la constante de acoplamiento gravitacional (adimensional) viene dado por:
dónde es la constante gravitacional de Newton y es la energía del sistema. Tomemos el LHC, donde la energía es de alrededor de 14 TeV. Esto da un valor para de alrededor . A modo de comparación, la constante de acoplamiento electromagnético es aproximadamente . Así que la emisión de gravitones en el LHC es aproximadamente 29 órdenes de magnitud menos probable que la emisión de fotones.
Es por eso que tendríamos que esperar mucho tiempo para ver la emisión de gravitones en el LHC.
¿Por qué no se pueden crear gravitones en los aceleradores de partículas tradicionales?
Porque los gravitones son partículas virtuales hipotéticas, propuestas por físicos de partículas que abogan por un "mecanismo de intercambio" para la gravedad. Este mecanismo de intercambio se modela usando partículas virtuales, y es perfectamente válido para el electromagnetismo: cuando el electrón y el protón se atraen, "intercambian campo", de modo que al átomo de hidrógeno le queda muy poco campo. Sin embargo, tenga en cuenta que no hay fotones reales volando de un lado a otro: los átomos de hidrógeno no parpadean. También tenga en cuenta que cuando los átomos de hidrógeno se atraen entre sí gravitacionalmente, no intercambian campo: la combinación de campos es aditiva. Así que el mecanismo de intercambio no funciona y los gravitones siguen siendo hipotéticos. Hay una manera de superar el problema, pero eso es para otro día.
Por cierto, estoy seguro de que las ondas gravitacionales existen. Si llamó a los gravitones gravitones virtuales y llamó a las ondas gravitacionales gravitones , entonces en mi humilde opinión, en teoría podríamos crear gravitones. Pero tal vez no en un acelerador de partículas.