Dentro del átomo (izquierda), el núcleo; dentro del núcleo,
neutrones y protones; dentro de cada uno de ellos (arriba a la derecha), tres quarks.
Imagen de una reciente colisión obtenida en el CERN: ¿confirmación
del campo de Higgs?
|
“Por
convención hay color, hay lo dulce y hay lo amargo, pero, en realidad, sólo
hay átomos y espacio.”
Demócrito,
filósofo
griego, h.460-400 A.C.
|
|
¿Los
misterios del universo tienen su explicación en el interior del átomo?
Al
proyectar hacia atrás la película de la historia de nuestro universo,
las cosas se complican extraordinariamente en la última bobina. Lo que había
empezado en una armonía física tan favorable para los planetas como
para los seres humanos, se convierte en un infierno: temperaturas superiores a las
del núcleo solar, un maremágnum de materia enloquecida, fuerzas inconmensurables
haciéndose añicos. Una vuelta más de la bobina, y la imagen
pasa súbitamente del frenesí a un vacío indefinido y sereno.
Éste no es un final –o más bien un principio– que guste a demasiada
gente. Aunque los científicos se han ocupado del tema, se ha avanzado poco
en la exploración de esta singular transformación de la nada en un
todo ardiente y agitado. Gabriele Veneziano es de los que creen que tal vez exista
una respuesta. Según este gran especialista italiano en Física Teórica,
hay una realidad más profunda “debajo” de la que percibimos, concretamente
unas series de supercuerdas que vibran en diez u once dimensiones y que, a partir
de sus minúsculas vibraciones, crean y constituyen la totalidad del universo.
Su relato de cómo llegó a existir el universo se asemeja a una odisea
a través de la física del siglo XX. La teoría de las supercuerdas,
y otras muchas afines en el ámbito de la física de las partículas
elementales, procede de dos grandes descubrimientos teóricos de los primeros
decenios del siglo: la relatividad general y la mecánica cuántica.
Gracias a la primera se pudo remontar la evolución del universo hasta un punto
inicial, o “singularidad”, de enorme densidad, tal vez infinita. La mecánica
cuántica permitió penetrar en el átomo y en sus elementos (protones,
neutrones y electrones) y después, gracias a un equipo y a unas inteligencias
colosales, en los elementos de los elementos del átomo.
En
busca del gravitón
Las dos corrientes teóricas coinciden en este punto. Si se da por sentado
que el universo ha surgido de una inmensa sopa primitiva, es evidente que en ella
prevalecían las unidades más básicas de la materia, de modo
que descubrir las leyes que las rigen ha de ser la clave para entender la creación
del universo.
Hasta finales del año pasado, la capital mundial de esas investigaciones era
un tubo de un palmo de ancho, recubierto de poderosos imanes, que giraba junto a
la frontera franco-suiza en el Laboratorio Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN).
Un par de electrones recorría 11.000 veces por segundo –una velocidad próxima
a la de la luz– este tubo de 27 km antes de chocar entre sí. El trabajo de
los científicos se funda en una fórmula esencial de Einstein, E=mc2,
que establece una equivalencia entre energía y masa. Si se acelera una partícula
subatómica, un electrón o un protón, por ejemplo, y se la estrella
contra otra, las energías acumuladas en su avance a la velocidad de la luz
se dispersarán en partículas más grandes, de vida corta, exactamente
el tipo de partículas que había en el universo primitivo antes de que
se aglomeraran al enfriarse el espacio.
Un nuevo acelerador de partículas reemplazará al primero en 2005. Ese
Large Hadron Collider, provisto de un campo magnético 100.000 veces superior
al de la Tierra y de varios detectores de una altura de seis pisos, puede reproducir
las condiciones subatómicas que reinaban en el primer picosegundo (10-12 segundos)
del universo. “Vamos a poder observar distancias en el interior de la materia que
podrían ser diez veces inferiores a las observadas hasta ahora”, explica John
Ellis, uno de los físicos del CERN.
Gracias a los avances teóricos y a los experimentos realizados en éste
y en otros aceleradores, los científicos han conseguido desintegrar el átomo
y las fuerzas que rigen sus movimientos en más de 60 partículas. Ha
surgido así una historia del universo.
Pero esa historia no está completa. Mucho es ya poder enumerar y calcular
las potencias respectivas de quarks y cadenas de fotones, pero, ¿cómo
tan innumerables características pudieron surgir del caos con tanta uniformidad?
o ¿de dónde procede la gravedad? Su supuesto portador, el gravitón,
se ha sustraído hasta ahora a la observación. La propia gravedad no
se ajusta a la teoría cuántica, y su intensidad en cada átomo
es irrisoria en comparación con la violencia de las fuerzas nucleares y electromagnéticas.
Si así no fuera, ¿cómo podría bastar una silla para contrarrestar
toda la fuerza de gravedad del planeta?
Unas
cuerdas mágicas
Para tratar de responder a estas preguntas, los científicos han recurrido
al concepto de unificación.
La necesidad de contar con una teoría unificada de la naturaleza obedece a
razones bien precisas. Entre sus últimos estertores, el viejo acelerador del
CERN proporcionó las primeras indicaciones experimentales del llamado campo
de Higgs, un terreno de fuerza, como el campo electromagnético, con el que
ciertas partículas interactúan (o no) y adquieren su masa propia. “Imagine
que está usted cociendo unos macarrones”, explica Ellis, “y echa un chorrito
de aceite de oliva. Al enfriarse, el aceite se separa. Lo que estamos tratando de
conseguir en el nuevo acelerador es hervir el agua para ver evaporarse las diferencias”1.
Aun así, el problema de la gravitación sigue sin ser resuelto. John
March Russell, físico del CERN, se entusiasma con la hipótesis de que
la gravedad sea tan débil en comparación con las demás fuerzas
porque su energía es masivamente absorbida en otras dimensiones. Si así
fuera, afirma, el nuevo acelerador bien podría revelar algo más que
simples partículas: la energía podría ser aspirada desde “el
otro mundo”, o, en términos más radicales, podrían formarse
diminutos agujeros negros por una fracción de segundo.
Esas nuevas dimensiones contribuyen a que las partículas elementales resulten
más desconcertantes, pero en realidad sucede lo contrario, y podría
tratarse de la primera prueba de la existencia de las cuerdas. “En teoría,
el problema de la gravedad y la teoría de las cuerdas coinciden estupendamente”,
afirma March Russell.
Pero, ¿qué son exactamente esas cuerdas mágicas? Durante 30
años, los teóricos de la física han elaborado series de fórmulas
opuestas para explicar cómo los fenómenos correspondientes, de una
longitud aproximada de 10-32 cm y por consiguiente invisibles en todo posible experimento,
generan la totalidad de las partículas y fuerzas conocidas, comprendida la
gravedad. De confirmarse, sería la teoría más fundamental jamás
formulada, la ley suprema que confiere su forma y su función al universo.
Por desgracia, a causa de las magnitudes infinitesimales y las dimensiones suplementarias,
esta teoría alcanza un nivel de gran abstracción, pero eso no descorazona
a Veneziano, que también trabaja en el CERN. Según él, hay que
volver a escribir la historia de la creación. “El Big Bang me parece un medio
de verificar la teoría de las cuerdas. Lo que pasa es que, al aproximarse
mucho al tiempo cero, las cuerdas no caben en el espacio.”
Las consecuencias son revolucionarias. Debido al tamaño irreducible de las
cuerdas, no podía existir una singularidad infinitamente densa al principio
del universo. Según Veneciano, “podría haber una prehistoria muy larga,
que empezaría con un universo casi trivial e infinito, lleno de ondas de gravedad
sin apenas interacción. El comienzo del proceso que culmina con el Big Bang
es la aparición de una región superdensa que provoca la formación
de un agujero negro”. Las ondas atrapadas en su interior empiezan a interactuar en
forma de cuerdas. Un predecesor de la gravedad provoca una expansión fulminante
del espacio y, en algún momento crítico y oscuro, la era de las cuerdas
da paso al Big Bang, originando la era de las partículas, los planetas y los
seres humanos. “El Big Bang es una evolución clásica”, añade
Veneziano.
Serios problemas subsisten, ante todo para explicar por qué las cuerdas (o
cualquier otra teoría fundamental) no generan una serie de leyes físicas
completamente distintas unas de otras. Pero da vértigo pensar que la realidad
se desplaza por una escalera de universos en la que cada escalón reposa en
el anterior. “En nuestro mundo de hoy el castillo está derruido, no es más
que un montón de escombros”, declara Ellis, “pero la estructura primitiva
debió ser única y, en cierto sentido, bellísima y sencillísima.”
1. Otra de las
investigaciones previstas podría culminar también en una nueva unidad.
La rama teórica que se conoce con el nombre de supersimetría presupone
la existencia de un equilibrio fundamental en todo el ámbito cuántico
y espera que los “superhomólogos” de partículas conocidas sean observables
a energías altas. |
