La última década ha sido dorada para la física fundamental. Confirmamos la existencia del bosón de Higgs —la pieza que explica por qué la materia tiene masa— y detectamos por primera vez las ondas gravitacionales, ondas en el tejido del espacio-tiempo provocadas por los eventos más violentos del universo. Sin embargo, lejos de cerrar el libro de la naturaleza, estos hallazgos abrieron de par en par las puertas hacia lo desconocido.
Hoy en día, el Modelo Estándar de la física describe a la perfección la materia visible, pero esa materia representa apenas el 5% del cosmos. El 95% restante es una absoluta incógnita. ¿Cuáles son los grandes fenómenos que la ciencia busca desentrañar en la actualidad y qué experimentos están liderando esta cacería?
La naturaleza de la materia oscura: la masa que no podemos ver
La materia oscura compone aproximadamente el 27% del universo. Sabemos que está ahí porque su gravedad sostiene a las galaxias para que no salgan despedidas al girar, pero jamás ha emitido ni reflejado luz.
Actualmente, la física teórica se divide en varias vías activas para identificar su partícula fundamental:
-WIMPs (Partículas Masivas de Interacción Débil): Durante años fueron las candidatas favoritas. Experimentos situados a kilómetros bajo tierra, como LZ (LUX-ZEPLIN) en Estados Unidos, utilizan enormes tanques de xenón líquido blindados de la radiación cósmica para captar el sutil rebote de una de estas partículas con un núcleo atómico.
-Axiones: Partículas ultra ligeras que surgieron para resolver un problema de la fuerza nuclear fuerte. Experimentos como ADMX buscan convertir estos axiones hipotéticos en fotones (luz) dentro de intensos campos magnéticos.
Energía oscura y la tensión de Hubble: la aceleración del cosmos
Si la materia oscura es el pegamento cósmico, la energía oscura es la fuerza antagónica que compone el 68% del universo y provoca que la expansión del espacio sea cada vez más rápida.
El problema urgente que los cosmólogos intentan resolver es la llamada «Tensión de Hubble». Al medir la tasa de expansión del universo usando la luz del fondo cósmico de microondas (el eco del Big Bang), se obtiene un valor distinto al medir la expansión observando galaxias y supernovas cercanas. Esta discrepancia matemática sugiere que falta un ingrediente crucial en la teoría de la gravedad o que la energía oscura varía con el tiempo. El cartografiado que realiza la misión espacial Euclid y el nuevo telescopio Vera C. Rubin buscan determinar si la gravedad descrita por Einstein necesita una revisión a escalas cósmicas.
El gravitón y la gravedad cuántica: el santo grial no resuelto
La física actual opera bajo dos reglas incompatibles: la Mecánica Cuántica (que gobierna el mundo subatómico) y la Relatividad General (que explica la gravedad y las grandes estructuras del universo). Unirlas en una «Teoría del Todo» requiere encontrar la partícula portadora de la gravedad: el gravitón.
Dado que la gravedad es una fuerza sumamente débil a nivel cuántico, detectar un gravitón individual requiere detectores de una escala inalcanzable hoy en día. Sin embargo, la ciencia busca evidencias indirectas mediante:
-Física de Agujeros Negros: Investigar el «horizonte de eventos» y la radiación teórica de los agujeros negros para ver si la información cuántica se destruye o conserva dentro de ellos.
-Ondas Gravitacionales Primordiales: Huellas dejadas por la gravedad en la fracción de segundo posterior al Big Bang. Proyectos como el interferómetro espacial LISA buscan captar estas vibraciones de muy baja frecuencia que LIGO no puede detectar desde la Tierra.
La masa del neutrino y la asimetría materia-antimateria
En el origen del universo debieron crearse cantidades iguales de materia y antimateria. De haber sido así, se habrían aniquilado mutuamente dejando un cosmos lleno de luz y vacío de materia. Sin embargo, el universo visible está hecho casi por entero de materia.
Para explicar por qué existimos, la ciencia estudia los neutrinos, partículas casi invisibles que atraviesan la Tierra por billones cada segundo. Experimentos de nueva generación como DUNE en Estados Unidos y Hyper-Kamiokande en Japón investigan la oscilación de los neutrinos para averiguar si violan las simetrías fundamentales de la física. Además, experimentos de precisión como KATRIN intentan determinar la masa exacta absoluta del neutrino, un dato clave que el Modelo Estándar no logra predecir.
