Los misterios que el Bosón de Higgs aún no puede explicar

El hallazgo del Bosón de Higgs cierra un capítulo de la Historia de la Ciencia y apunta, como ya publicó ABC hace unos días, a toda una serie de nuevos avances científicos. Sin embargo, los investigadores creen que muchas cuestiones seguirán envueltas en el misterio. He aquí algunas de las más importantes y que siguen trayendo de cabea a los investigadores de todo el mundo.

1. Materia oscura

Toda la materia que conocemos, desde la terrestre a la de las más lejanas galaxias, responde al mismo tipo de estructura fundamental. Está constituída por átomos, que a su vez constan de partículas y que se unen para dormar los distintos materiales que conocemos. Lo que distingue, por ejemplo, al hidrógeno del hierro es que el núcleo de un átomo del hidrógeno contiene un solo protón y un solo neutrón, mientras que un núcleo de hierro está formado por 58 protones y 58 neutrones. Cada número corresponde a un elemento diferente de la Tabla Periódica.

Sin embargo, desde hace ya más de una década sabemos que toda esa "materia ordinaria", de la que todos nosotros estamos hechos, sólo da cuenta de un 4% de la masa total del Universo. El restante 96%, aunque nos pese, sigue siendo un misterio. Pero los científicos han encontrado pruebas (indirectas) que indican la presencia de "otro tipo" de materia, una tan extraña que ni siquiera sabemos si está compuesta por átomos. A falta de más datos, la llamamos "materia oscura". Es por lo menos seis veces más abundante que la materia ordinaria y sólo sabemos de su existencia por los efectos gravitatorios que produce en la materia que sí podemos ver. La materia oscura añade, por lo menos, otro 23% a la masa total del Universo.

Los astrónomos creen que muchas galaxias, incluída la nuestra, están rodeadas por halos de materia oscura, lo que hace que las estrellas de las regiones exteriores de esas galaxias orbiten mucho más rápido de lo que lo harían teniendo en cuenta solo la materia que podemos ver. Andrómeda, por ejemplo, la galaxia más cercana a nuestra Vía Láctea (se encuentra a 2,5 millones de años luz) se dirige hacia nosotros a más de 320.000 km. por hora. Un movimiento que sólo puede deberse a la acción de la gravedad. Sólo que, para causar ese avance, nuestra galaxia debería ser diez veces mayor de lo que es.

2. Energía oscura

Sumando materia ordinaria (4%) y materia oscura (23%), seguimos teniendo sólo un 27% de la masa total del Universo. De qué está hecho, pues, el 73% restante? La respuesta es aún más misteriosa que la materia oscura del apartado anterior. Se trata, dicen los investigadores, de "energía oscura", cuyo descubrimiento data de 1998. Fue entonces cuando, después de un estudio de diez años sobre varias supernovas, los astrónomos se quedaron de piedra. Algunas de ellas estaban tan distantes que cuando su luz empezó a viajar hacia la Tierra el Universo apenas si tenía una fracción de su edad actual. El objetivo del estudio era medir si había fluctuaciones en la tasa de expansión del Universo, lo cual serviría para afinar los cálculos sobre su edad, estructura y destino final.

El resultado del estudio fue totalmente inesperado. Los científicos, en efecto, esperaban ver una ligera ralentización en la velocidad de expansión. En lugar de eso, hallaron justo lo contrario: en lugar de retrasarse, la expansión del Universo se estaba acelerando. La única explicación posible fue recurrir a una suerte de fuerza capaz de oponerse (y de vencer) a la gravedad.

Ese nuevo y misterioso ingrediente fue bautizado como "energía oscura" y muy pronto resultó evidente que esa energía se encontraba por todas partes, y que su acción "antigravitatoria" era mucho mayor que la fuerza de gravedad combinada de toda la materia, tanto de la ordinaria como de la oscura. De hecho, la energía oscura se considera responsable del 73% de la masa del Universo.

3. Antimateria

Además de la ordinaria y de la oscura hay, que se sepa, por lo menos otra clase de materia, y tan distinta de la ordinaria (de la cual estamos todos hechos) que es incompatible con ella. Se trata de la antimateria. La antimateria es, aparentemente, idéntica a la materia «normal». De hecho, no puede diferenciarse de ella a simple vista. Pero si un átomo de antimateria entra en contacto con otro de materia, ambos se aniquilan en una fuerte explosión de energía.

Si un hombre pusiera pie en un planeta hecho de antimateria, se desintegraría al instante. Los modernos laboratorios de física son capaces, desde hace algunos años, de «fabricar» átomos de antimateria. Algunas teorías postulan la existencia de galaxias enteras hechas de antimateria. Galaxias que, si alguna vez llegaran a entrar en contacto con la nuestra, provocarían un cataclismo cósmico como jamás se ha visto.

La cuestión es que, a pesar de que las teorías actuales predicen que el Big Bang habría tenido que dar lugar a la misma cantidad de materia que de antimateria, parece que todo cuanto nos rodea está hecho de materia "normal". Dónde está, pues, la antimateria que falta? Es posible, dicen algunos, que en el origen se generara un exceso de materia y que todo lo que vemos sea lo que queda despuñes de que toda la materia y antimateria original se aniquilaran entre sí. Otros, sin embargo, piensan que muchas de las galaxias que podemos ver a través de nuestros telescopios podrían estar hechas de antimateria. ¿Quién tiene razón? Es pronto, muy pronto, para saberlo.

4. ¿Cuál será el destino del Universo?

El Universo, como demostró el astrónomo Edwin Hubble en 1929, se expande en razón de una constante que él mismo calculó. A cada minuto que pasa se hace más grande. Expansión que además, como hemos visto, se está acelerando en virtud de la "energía oscura". Eso significa que hace una hora el Universo era más pequeño, que hace un mes lo era aún más. Hace miles de millones de años, debió de existir un momento muy especial en que todo el Universo estuvo contenido en un punto microscópico, un punto que, de alguna manera, comenzó a expandirse y cuya expansión continúa en la actualidad.

La pregunta es: ¿Continuará para siempre este proceso de expansión? ¿O se detendrá alguna vez para dar inicio a una fase de contracción? El destino del Universo, como se sabe desde hace décadas, depende en gran medida de la cantidad de materia y de energía oscura que haya en él. Porque la materia es responsable de la fuerza de gravedad y la gravedad tiende a reunir la materia, es decir, se opone frontalmente a la fuerza de la expansión que pugna por separarla.

Más materia significa más gravedad, y la gravedad, si es lo suficientemente fuerte, es lo único que podría frenar el actual proceso de expansión y dar lugar a un periodo de contracción (Universo cerrado). Menos materia significaría menos gravedad, en cuyo caso la expansión continuaría eternamente, hasta que se apagara la última estrella en un Universo frío, oscuro y desolado (Universo abierto).

Pero si la cantidad de materia resultara ser la justa, entonces podríamos mantenernos en la línea intermedia entre estas dos soluciones (Universo plano). Lo que hay que hacer, resulta evidente, es calcular de una vez cuánta materia (y de qué clase) hay exactamente a nuestro alrededor.

5. ¿Existen otros Universos?

Hace apenas un siglo aún creíamos que la Tierra era el centro de todo lo que existe. Hoy, sin embargo, los espectaculares avances del conocimiento científico nos han exiliado a un apartado rincón de una galaxia que no tiene (aparte de nosotros mismos) nada de especial con respecto a las demás. Y puede que pronto tengamos que hacer lo propio con el concepto mismo de Universo. Universos cíclicos, Universos burbuja... existen varias descripciones matemáticas que sugieren que el nuestro no es el único Universo posible. No sólo eso, sino que podrían haber existido otros universos antes que el nuestro, y podría haber otros que nacieran después de que el que conocemos haya desaparecido.

Algunas teorías llegan incluso a sostener que, probablemente, existen otros universos contemporáneos, desarrollándose al mismo tiempo que el nuestro. El secreto de los universos paralelos se oculta, una vez más, en las condiciones que originaron el Big Bang. ¿Por qué motivo de la Gran Explosión habría tenido que surgir un sólo Universo? ¿Por qué no dos, o diez, o un número infinito de ellos? ¿No pudo haber en el origen múltiples burbujas y ser nuestra realidad en expansión sólo una de ellas?

6. ¿Qué había antes del Big Bang?

La mayoría de los científicos opinaría que es absurdo plantear la cuestión porque, entre otras cosas, con el Big Bang también surgió el tiempo, y «antes» es un concepto temporal que no puede aplicarse fuera del propio tiempo. Sin embargo, según ciertos cálculos, abordados en principio por un grupo reducido de «disidentes» sobre la posible existencia de «otros» universos, (cálculos que hoy empiezan a gozar de la aceptación general) la pregunta vuelve a encontrar sentido. Hay varias teorías sobre el «antes». La más extendida de ellas dice que nuestro universo podría estar «rebotando» sobre sí mismo, como una burbuja que se hincha y se deshincha, y que el Big Bang podría ser sólo el momento inicial de uno de esos rebotes.

Esta teoría implica la necesidad de que el Universo actual sea «cerrado», es decir, que la gravedad venza a la fuerza de expansión y provoque el comienzo de una etapa de contracción que vuelva a terminar en un punto, como el original, de infinita densidad. Algo que, por otra parte, parece no estar sucediendo. Según esta teoría, el nuestro sólo sería un ciclo más en medio de un número indeterminado de ciclos. Eso sí, un ciclo muy especial, en el que se han dado las condiciones precisas para que surjan unos seres (nosotros) capaces de preguntarse qué había antes del Big Bang.

7. ¿Hacia dónde va nuestra galaxia?

Como hemos visto, en el Universo todo se mueve, y no cabe duda de que, en términos generales, las galaxias se alejan las unas de las otras. Pero, dentro de este esquema existen otros movimientos, más concretos, provocados por otras fuerzas, probablemente gravitatorias, cuyo origen aún se desconoce. Nuestra galaxia, por ejemplo, junto a todas sus vecinas del Grupo Local de galaxias (unas veinte) se dirige a toda velocidad hacia el cúmulo de Virgo. No sería ésta la dirección lógica si siguiéramos, lisa y llanamente, las leyes de la expansión. ¿Qué nos atrae entonces hacia allí? ¿Qué misteriosa fuerza puede alterar el rumbo de todo un grupo de galaxias en el espacio?

Partamos desde el principio. Para calcular el movimiento del grupo de galaxias al que nosotros mismos pertenecemos, un observador situado en la Tierra debe tener en cuenta la superposición de varios movimientos «menores», como por ejemplo los 30 km/s de la Tierra en su órbita alrededor del Sol, los 230 km/s de todo el Sistema Solar alrededor del centro de nuestra propia galaxia o los 90 km/s a los que La Vía Láctea (nuestra galaxia) es atraída hacia su vecina más próxima, la galaxia de Andrómeda.

Descontados dichos movimientos, aún queda otro, de 600 km/s, de nuestra galaxia (y de todas sus compañeras del Grupo Local) hacia el Cúmulo de Virgo. Sin embargo, se ha comprobado que el Cúmulo de Virgo no puede ser responsable de todo este movimiento, ya que él mismo también se mueve en la misma dirección. Sea lo que sea lo que nos atrae, también atrae al cúmulo de Virgo. El siguiente candidato a «culpable», por el simple hecho de que está en la dirección hacia la que nos dirigimos, fue el supercúmulo Hidra-Centauro.

Pero cual no sería la sorpresa de los investigadores cuando descubrieron que también Hidra-Centauro (una agrupación de galaxias cientos de veces mayor que el cúmulo de Virgo) estaba aprisionado dentro de una atracción gravitatoria todavía mayor. Desconcertados, llamaron Gran Atractor al «monstruo» capaz de mover hacia sí mismo miles de galaxias como si fueran planetas alrededor del Sol. Sea lo que sea ese Gran Atractor, lo cierto es que todos, inevitablemente, nos dirigimos hacia allí.

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