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¿Interactúan los gravitones entre sí?

Siempre he pensado que la no linealidad de las ecuaciones de campo de Einstein implica que debería haber interacciones directas gravitón-gravitón. Pero me topé con Wikipedia que argumenta:

Si los gravitones existen, entonces, al igual que los fotones y a diferencia de los gluones, los gravitones no interactúan con otras partículas de su tipo. Es decir, los gravitones llevan la fuerza de la gravitación pero no se ven afectados por ella. Esto es aparente debido a que la gravedad es lo único que escapa de los agujeros además de tener un alcance infinito y viajar en líneas rectas, de forma similar al electromagnetismo.

¿Es correcta la Wikipedia? Si no es así, ¿por qué no? ¿Y cuáles son entonces los argumentos para que haya interacciones gravitón-gravitón?


(A partir de la formulación de esta pregunta, el párrafo anterior ha sido eliminado de Wikipedia).

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tparker Puntos 156

Estoy bastante seguro de que usted tiene razón y la Wikipedia está equivocada. En la aproximación de la gravedad linealizada a la curvatura débil, se ignora la reacción gravitatoria propia, pero en general los gravitones llevan energía (como lo demuestra el trabajo realizado por las ondas gravitatorias en los detectores LIGO) y, por tanto, contribuyen al tensor de tensión-energía de la relatividad general, con lo que se obtienen más gravitones. Además, buscando rápidamente en Google se encuentran muchas referencias a vértices de gravitones múltiples en las teorías de campo de la gravedad cuántica efectiva, mientras que el párrafo del artículo de Wikipedia que citas no tiene referencias.

La cuestión de cómo los gravitones pueden "escapar" de un agujero negro sin necesidad de viajar más rápido que la luz se discute en ¿Cómo escapa la gravedad de un agujero negro? . La respuesta corta es que los gravitones no puede escape de un agujero negro, pero eso está bien porque sólo llevan información sobre la gravedad radiación (que tampoco puede escapar del interior de un agujero negro), no sobre los campos gravitatorios estáticos.

13voto

Eric Grunzke Puntos 158

Así, en la teoría cuántica de campos, el gluón es un operador que cambia la carga de color de un campo. Como el propio campo gluónico lleva carga de color, la interacción gluón-gluón tiene la misma fuerza que la interacción gluón-quark. Además, como la constante de acoplamiento QCD es $\alpha_S \approx 0.1$ Los diagramas de Feynman con partículas virtuales de QCD en los bucles contribuyen con aproximadamente la misma fuerza que el intercambio de un gluón. La incapacidad de ignorar las correcciones de orden superior es la razón por la que llamamos a la QCD una teoría "no perturbadora".

Por el contrario, el fotón se acopla a la carga eléctrica, pero es en sí mismo eléctricamente neutro. Por tanto, los vértices fotón-fotón no aparecen en los diagramas de Feynman que describen el electromagnetismo. Sin embargo, los fotones pueden interactuar con bucles de partículas virtuales: cada fotón pasa una fracción de su tiempo como un par virtual electrón-positrón, y otros fotones pueden interactuar con esas partículas cargadas virtuales. Esto es despreciable porque la constante de acoplamiento electromagnético $\alpha_\text{EM} \approx 1/137$ es unas diez veces más débil que para la interacción fuerte. Así que podemos describir el electromagnetismo bastante bien, especialmente a bajas densidades de energía, considerando sólo el intercambio de un fotón entre las partículas cargadas e ignorando las correcciones de bucle, incluyendo la dispersión fotón-fotón.

Como la fuerza gravitacional entre las partículas fundamentales cargadas es $\sim 10^{40}$ veces más débil que la fuerza eléctrica, cualquier aproximación teórica a la gravedad tendrá interacciones totalmente despreciables entre los gravitones, por la misma razón que el electromagnetismo permite despreciar las interacciones entre los fotones. No creo que sean imposible que parece ser la afirmación que te molesta; pero creo que son insignificantes.

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