Las ondas gravitacionales nos dirán qué pasó una fracción de segundo después del Big Bang

Barry Barish fue el primero de su familia en ir a la universidad. Su padre, estadounidense hijo de inmigrantes judíos, se quedó huérfano a los 12 años y tuvo que ponerse a trabajar para apoyar a la familia. Su madre recibió una beca para estudiar en la Universidad de Nebraska, pero su padre no le dejó ir. Fue ama de casa toda su vida.

En 1994 Barish —que ya era profesor de física en Caltech— consiguió el trabajo de su vida: director del observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO), un experimento al límite de la tecnología existente. Según la teoría de la relatividad de Einstein, las estrellas que colapsan, las estrellas de neutrones y los agujeros negros liberan parte de su masa en forma de ondas de gravedad que se expanden por el universo como las ondas de un estanque al caer una piedra. El objetivo de LIGO, con un coste total de 1.100 millones de dólares, era captar esas señales. Bajo las órdenes de Barish (Omaha, 1936), LIGO pasó a ser una colaboración internacional en la que trabajan unos 1.000 científicos de 18 países.

El 14 de septiembre de 2015 a las 5:51 de la mañana hora local, el detector LIGO en Livingston, Luisiana, captó una señal. Siete milésimas de segundo después, el detector de LIGO en Hanford (Washington) —a más de 3.000 kilómetros de distancia— detectó una señal idéntica. Era la primera onda gravitacional de la historia, producida hace 1.300 millones de años por dos agujeros negros que se fusionaron liberando una energía equivalente a tres estrellas como el Sol. Al llegar a la Tierra la señal era tan débil que apenas produjo un movimiento en los haces de luz láser menor que una billonésima de centímetro.

El 3 de octubre de 2017, Barish recibió el premio Nobel de Física junto a Rainer Weiss y Kip Thorne por el descubrimiento de las ondas gravitacionales. De visita en Madrid para impartir una conferencia en la Fundación Ramón Areces, el físico explica en esta entrevista la importancia de este descubrimiento y critica que la ciencia se ha vuelto demasiado conservadora como para conseguir descubrimientos realmente rompedores.

Pregunta. La academia dijo que las ondas gravitacionales “abren la puerta a nuevos mundos jamás observados”. ¿Por qué?

Respuesta. Todo lo que sabíamos de astronomía antes de 1608 era a través de la observación del cielo a ojo desnudo. En esa fecha se inventó el primer telescopio. Galileo lo usó para observar Júpiter y vio que tenía cuatro lunas, hay más, pero él vio cuatro. Fue el inicio de la astronomía. Desde entonces hemos aprendido muchísimo del universo usando telescopios cada vez más grandes, capaces de observar en varios espectros. Pero todo lo que sabemos viene de las interacciones electromagnéticas. Las ondas gravitacionales no tienen nada que ver con esas interacciones, sino con efectos gravitatorios. Por primera vez miramos el universo de una forma totalmente nueva.

P. ¿Cómo va a evolucionar este nuevo campo?

R. Lo primero que hemos observado han sido fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones. Pero hay muchos otros fenómenos que deben producir ondas gravitacionales, por ejemplo una supernova, el colapso de una estrella. Otro es un púlsar, una estrella de neutrones en rotación. El más interesante de todos son las señales del origen del universo. Todos queremos saber qué sucedió en los primeros instantes tras el Big Bang [hace 13.700 millones de años]. El problema es que la radiación electromagnética solo te permite observar hasta 400.000 años después del Big Bang, más allá los fotones son absorbidos. Las ondas gravitacionales no son absorbidas, con lo que puedes usarlas para entender qué pasó realmente. ¿Cómo se formaron las primeras partículas, cómo sucedió la inflación del universo?, por ahora solo tenemos conjeturas. Si podemos llegar a la primera fracción de segundo, sabremos cómo comenzó todo. Para esto necesitamos experimentos diferentes a los actuales. Creo que tardaremos 50 o quizás 100 años en conseguirlo, pero es un objetivo claro.

P. ¿Qué otras grandes preguntas se pueden responder estudiando las ondas gravitacionales?

R. En física estamos en una situación muy embarazosa porque tenemos dos teorías fantásticas. Una, inventada por Einstein, explica las grandes distancias y que funciona a la perfección hasta el momento. Hay una segunda teoría, la teoría cuántica de campos, que describe a la perfección qué sucede cuando las partículas elementales chocan entre sí. El problema es que solo puede haber una teoría de la física, no dos Los científicos han intentado unificarlas durante décadas sin ningún éxito. Necesitamos pistas experimentales de dónde puede estar la intersección entre ambas. La posibilidad más interesante son los agujeros negros. Ahora que podemos estudiar mejor estos cuerpos gracias a las ondas gravitacionales tenemos que estar muy atentos de lo que sucede tanto en lo cuántico como en lo referente a la relatividad. Mi esperanza es que las pistas que necesitamos vengan de las ondas gravitacionales que emiten los agujeros negros.

P. ¿Podrán las ondas decir qué es la materia oscura y la energía oscura?

R. Sabemos tan poco de la energía oscura que no sabemos qué hacer con ella. En materia oscura sí hay muchos experimentos que intentan mostrar qué es. Si miras los progresos en física que hemos hecho en la última década, los más interesantes han sido en neutrinos, en el CERN que descubrió el bosón de Higgs, responsable de la masa, y las ondas gravitacionales. Los tres requieren grandes instalaciones de alta tecnología. Probablemente esto siga siendo así en el futuro. El problema es cómo hacer experimentos a gran escala que puedan hacer descubrimientos rompedores dentro de un sistema científico en el que es tan complicado conseguir financiación y que tiende al conservadurismo, que tiene aversión al riesgo, de forma que solo es posible lograr descubrimientos pequeños y progresivos. No hacemos muchos experimentos que fallan. Deberíamos hacer muchos más. Nos haría progresar más rápido.