miércoles, 10 de julio de 2013

Materia y energía oscuras, y otras yerbas

DIALOGO CON JOHANNES BLüMER, DOCTOR HONORIS CAUSA DE LA UNIVERSIDAD DE SAN MARTIN, ASTROFISICO



Cada vez que el Jinete hipotético se pregunta y pregunta sobre la materia oscura y la energía oscura, se encuentra con complejísimas hipótesis y más incertidumbres que respuestas. No deja de asombrarlo que el 90 por ciento del universo sea algo desconocido.

–Usted se dedica a la astrofísica.
–Sí, pero lo llamo física de astropartículas.
–O sea, física de partículas de altas energías. –Sí.
–E intervino en el experimento Pierre Auger, en el que se recibían partículas de altísimas energías que se suponía que eran extragalácticas. –Es la mejor explicación para energías tan altas, porque nuestra Vía Láctea no podría retener partículas de semejante energía por demasiado tiempo, de modo que también es natural pensar que el resto de las galaxias no podría tampoco mantener ese tipo de partículas.
–Pero no se sabía qué eran esas partículas. –No con certeza. Hace 15 años, cualquiera hubiera apostado que se trataba de protones. Los núcleos pesados de hierro ni siquiera se tomaban como una posibilidad. Pero esto cambió dramáticamente. Creo que hicimos descubrimientos importantísimos en el Auger: a energías muy altas, parece que la masa de estas partículas se parece mucho más al hierro que a los protones.
–Son núcleos de hierro que llegan con la energía de una pelota de ping-pong. –Incluso más: como una pelota de tenis.
–¿Y cómo puede ser? –No lo sé, y tampoco sé de nadie que lo sepa.
–¿Y qué piensa usted? –Parece sensato pensar que estas partículas son aceleradas en lo que llamamos núcleos galácticos activos. Es un término que usamos los astrónomos para lo que en realidad es un agujero negro supermasivo. Supermasivo significa cientos de millones de veces la masa del Sol. Es realmente muy grande. El agujero negro rota y desde el centro eyecta materia. Estas partículas están cargadas eléctricamente, de modo que interactúan con campos magnéticos muy fuertes. Al final de la interacción, terminan más energéticos que al principio. Y como el campo magnético no puede detenerlos, vuelan hasta –en algunos casos– alcanzarnos a nosotros. La energía es tan alta que los campos magnéticos desde allí hasta aquí no son lo suficientemente fuertes para detenerlos o modificar su trayectoria, y viajan casi en línea recta. A energías bajas, los rayos cósmicos galácticos sí son alterados por los campos magnéticos y se perciben más como un gas que como un rayo de partículas. A altas energías, van casi en línea recta, de manera tal que puede verse de dónde vienen.
–Me gustaría hacer algunas preguntas más generales, si le parece. Hay dos puntos oscuros en la astrofísica: uno es la materia oscura. –¡No sé nada de eso!
–Algo debe pensar. –El punto de vista más aceptado es que se trata de partículas neutrales, relativamente pesadas, muchas veces más masivas que un protón pero que interactúan muy débilmente (si no, las hubiéramos visto). La materia oscura es necesaria porque, cuando el universo se formó después del Big Bang, se dieron pequeñas fluctuaciones cuánticas. Pero si hubiera habido sólo estas fluctuaciones, el universo sería severamente uniforme hoy en día. Pero vemos estructuras: están el Sol, la Tierra, Buenos Aires... En realidad, Buenos Aires no fue hecho gracias a la materia oscura, pero el Sol y la Tierra tal vez sí.
–Interactúan muy débilmente... Pero hay sólo cuatro formas de interacción. –Probablemente se trate de una quinta fuerza.
–¿Una quinta fuerza?, ¿no es mucho decir? –Si la interacción fuera fuerte, no podríamos movernos a través de estas partículas. De las observaciones astronómicas se concluye que están por todas partes, por lo cual la materia ordinaria se mueve a través de ella. Y sabemos que se trata de una interacción débil. Pero la verdad es que no sabemos nada de estas partículas. Pero no se puede decir mucho de esa fuerza.
–Es impresionante que el 90 por ciento del universo sea algo de lo que no tenemos ni la menor idea. No sabemos qué es esa materia, no sabemos qué son esas fuerzas. –Sí. Es una pena. Es algo que nunca se ha podido medir. Se trata de hacer, con mucho esfuerzo. Como es tan baja la probabilidad de interacción, similar a la de los neutrinos, se establecen experimentos bajo tierra como un escudo para todo el resto de las interacciones. Si se espera lo suficiente, a lo mejor alguna de estas partículas termina por interactuar con el detector.
–¿Y tenemos algunos eventos? –No. Estamos buscándolos, hacemos detectores, los ponemos bajo tierra y esperamos. Tal vez Argentina haga un laboratorio bajo tierra, que sería el primero en el Hemisferio Sur.
–Bueno, tenemos materia que no sabemos lo que es, fuerza que no sabemos lo que es y tenemos, también, la energía oscura... –Que es mucho peor. Ahí no tenemos ni la menor idea de lo que es. Debe actuar de tal manera que el universo se expanda de manera acelerada, lo cual es muy extraño.
–¿Y qué clase de cosa es? –Nuevamente, no lo sé. Los teóricos tienen algunas ecuaciones acerca de cómo se comporta. Aparentemente, balancea la materia, incluso la materia oscura, de modo tal que la geometría del universo es completamente plana. Eso debe compensarse: debe haber algún tipo de energía negativa.
–Es un concepto raro, energía “negativa”. –Sí, lo es. Hay muchas cosas sobre la energía oscura que no entiendo. Debe tener algo que ver con la constante cosmológica que Einstein puso en sus ecuaciones, porque se dio cuenta de que sin la constante el universo no sería estable.
–Una constante que no estaba desde el principio. –Claro, porque el principio fue antes de que Hubble descubriera la expansión del universo. Cuando la expansión fue visible, resultó que el universo no era estable. Algunos bromeaban y decían que si Einstein hubiera puesto la constante desde el principio se habría vuelto famoso.
–Vivimos en un universo del que no sabemos prácticamente nada. –Sabemos muy poquito.
–¿Y cuál es su hipótesis sobre todas estas cosas? –A ver... Estas partículas están ahí, son moderadamente livianas y si tenemos suerte las encontraremos en los próximos 15 años con detectores bajo tierra. Pero ésa es una muy pobre identificación. La gente espera que el LHC (Large Hadron Collider) produzca estas partículas mediante el procedimiento de colisionar protones con protones.
–Con el LHC se espera ver el bosón de Higgs. –Sí, pero para especular probablemente tendría que tomar en cuenta el campo de Higgs, porque lo que está en el fondo es el concepto de masa. Y realmente no sabemos bien lo que es. Sabemos que si tenemos que mover una masa, tenemos que aplicar una fuerza. Y el bosón de Higgs otorga masa a las partículas. Pero sé muy poco sobre la física de Higgs.
–La propiedad de otorgar masa es muy similar a la de tener masa. ¿Quién entiende eso? –¿Quién entiende la masa en general? No lo sé. Por el momento estamos sólo midiendo las masas.
–No sabemos qué hay en el universo, no sabemos qué es la materia oscura, qué es la energía oscura, cómo interactúa el campo de Higgs. ¿Estamos como Copérnico, como Laplace, como Galileo? –No creo que estemos como Laplace, porque aplicaba un razonamiento determinístico que nosotros no.
–¿Pero en qué estadío estamos? –En algún lugar entre Kepler y Newton.