gravitón

El gravitón es la partícula elemental hipotética que, en la teoría cuántica de campos, mediaría la fuerza de gravedad. Se espera que sea un bosón de espín 2, sin masa y acoplamiento universal a la energía y el momento de la materia y la energía.

En la gravedad de perturbaciones, el campo gravitatorio se describe como pequeñas fluctuaciones h_mu_nu sobre un fondo, y la cuantización de estas perturbaciones da lugar al gravitón. Como partícula sin masa, el gravitón presenta dos estados de helicidad físicos, ±2, que se corresponden con las dos polarizaciones de las ondas gravitacionales.

Relación con la relatividad general: la GR describe la gravedad como curvatura del espacio-tiempo; el gravitón sería la cuantización de ese campo en el régimen de campos débiles y a altas frecuencias. Las ondas gravitacionales observadas por LIGO y Virgo son descripciones clásicas; en un marco cuántico, se interpretarían como estado con un gran número de gravitones; sin embargo, no hay evidencia directa de estos quanta.

Estado experimental: no hay detección directa de gravitones; su acoplamiento es extremadamente débil y las probabilidades de interacción son muy pequeñas. En cambio, se han detectado ondas gravitacionales: estas se interpretan como manifestaciones clásicas de un campo cuántico en un gran número de gravitones.

Desafíos teóricos: la cuantización de la GR genera una teoría no renormalizable cuando se intenta de forma perturbativa; se describe como teoría de efectividad a bajas energías. Se exploran enfoques como la teoría de cuerdas, que incorpora gravitones entre sus excitaciones, y la gravedad cuántica de lazos, que propone una cuantización background-independiente.

El gravitón, en resumen, es un concepto clave para la unificación de la mecánica cuántica y la gravedad, pero permanece sin confirmación experimental y enfrenta importantes retos teóricos.