Investigadores de las universidades de Uppsala, Oxford y Mons exploran la dinámica de los agujeros negros de Kerr, proponiendo que el principio de simetría de calibre limita su comportamiento rotacional. Aplican esta Simetría Masiva de Gauge de Espín Superior, mostrando prometedores resultados para futuras investigaciones sobre agujeros negros en rotación.

En 2015, el experimento LIGO/Virgo marcó un hito histórico al llevar a cabo la primera observación directa de Ondas Gravitacionales. Desde entonces, los datos recopilados por la colaboración LIGO/Virgo han inspirado a físicos de todo el mundo a desarrollar nuevas teorías para comprender la dinámica de los agujeros negros. Un reciente artículo publicado en Physical Review Letters por investigadores de la Universidad de Uppsala, la Universidad de Oxford y la Universidad de Mons, los investigadores proponen de manera específica que el principio de Simetría de Gauge actúa como una restricción para la dinámica de los agujeros negros en rotación. Esto implica que ciertos cambios en los parámetros de un sistema físico no generarían efectos mensurables en estos agujeros negros en particular. Henrik Johansson, coautor del artículo, destaca la conexión buscada entre los Agujeros Negros de Kerr en rotación y las partículas masivas de alto giro. La propuesta se basa en modelar el agujero negro como una partícula fundamental en rotación, similar a cómo se aborda el electrón en la electrodinámica cuántica. Esta conexión entre los agujeros negros de Kerr y la teoría del espín superior fue explorada por primera vez en estudios publicados en 2019 por investigadores de distintas partes del mundo. Dos de estos estudios previos demostraron que la métrica de Kerr se puede combinar con una familia infinita de amplitudes de dispersión de espín más alto. Aunque estos resultados son notables, no son suficientes para describir con precisión la dinámica de los agujeros negros de Kerr, especialmente en anticipación de futuros experimentos como el telescopio Einstein, LISA y el Cosmic Explorer. Una de las piezas que falta en la información es la amplitud de dispersión de Compton del agujero negro, aún desconocida en cuanto a su giro general.
La simetría de Gauge, aunque no es esencial para describir la dinámica de partículas masivas, ha demostrado ser útil para delinear interacciones consistentes. Johansson y sus colegas proponen que esta simetría puede utilizarse para limitar la dinámica de los agujeros negros en rotación. La Simetría Masiva de Gauge de espín superior, basada en el mecanismo propuesto por Ernst Stueckelberg y formalizado por Yurii Zinoviev, se presenta como una herramienta para reproducir las amplitudes de dispersión de Kerr informadas en estudios anteriores. El artículo destaca que las teorías de campos cuánticos de espín superior son conocidas por su complejidad, la Simetría de Gauge y la Simetría de Difeomorfismo, que se consideran los dos peldaños más bajos de una escalera infinita llamada simetría de calibre de espín superior, son fundamentales en estas teorías. La Simetría de Gauge de espín superior se convierte así en un componente crítico en la formulación de la teoría completa y efectiva de los agujeros negros en rotación.
El equipo liderado por Johansson fue pionero al aplicar la Simetría de Gauge de Espín Superior a los agujeros negros, y los resultados iniciales son prometedores. Aunque comprender la teoría completa de los agujeros negros en rotación llevará tiempo, la Simetría de Gauge de Espín Superior podría desempeñar un papel crucial en su formulación, similar a cómo la Simetría de Gauge y la Simetría de Difeomorfismo guiaron el marco teórico de la física del siglo XX. El artículo enfatiza que restringir completamente la amplitud de dispersión de los agujeros negros de Kerr requerirá una estrecha colaboración entre físicos teóricos especializados en partículas masivas de espín superior y aquellos que trabajan en la ecuación de Teukolsky, basada en la teoría de la relatividad general. Colaboraciones recientes entre estas comunidades sugieren que se podrían lograr avances significativos en esta dirección en el futuro cercano. En futuras investigaciones, el equipo tiene la intención de profundizar en la conexión entre los agujeros negros y sus propiedades cuánticas, que recuerdan a las partículas elementales. A medida que avanzamos en la comprensión de la dinámica de los agujeros negros, la Simetría de Gauge de Espín Superior se perfila como una herramienta esencial para desentrañar los misterios de estos objetos cósmicos fascinantes.
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