Algunas preguntas sobre el universo pueden alejarse rápidamente de la física y adentrarse en el terreno de la filosofía. ¿Qué había antes del Big Bang? ¿Por qué hay algo y no nada?

Afortunadamente, algunas de las mayores preguntas sin respuesta de la física se pueden relacionar perfectamente con fenómenos que no se explican en el Modelo Estándar de la Física de Partículas.

En esencia, el Modelo Estándar es la mejor teoría actual para explicar los bloques de construcción más básicos del universo. Explica que toda la materia está formada por partículas diminutas llamadas quarks y leptones y cómo otras partículas transmiten fuerza.

Pero el Modelo Estándar no lo explica todo. No explica la gravedad, ni los fenómenos de la materia oscura o la energía oscura.

A continuación se presentan algunos de los misterios más destacados y aún no resueltos del universo que el Modelo Estándar no ha explicado.

¿Dónde está toda la antimateria?

Al principio del universo conocido se produjo el Big Bang, un acontecimiento de hace unos 13.800 millones de años del que se cree que surgió toda la materia conocida.

Los científicos creen que el Big Bang debería haber producido una cantidad igual de materia y antimateria.

Una partícula de antimateria tiene la misma masa que su homóloga de materia normal, salvo que su carga eléctrica y algunas otras cualidades son opuestas. Se producen como un par, y si chocan, se convierten en energía pura y se aniquilan.

Pero hoy en día, los científicos ven por todas partes un universo casi completamente lleno de materia normal. Todavía no hay una teoría adecuada que explique a dónde fue a parar toda la antimateria, pero los experimentos han demostrado que las leyes de la física no se aplican por igual a la materia y a la antimateria, según la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). Los físicos siguen empeñados en averiguar por qué.

¿Qué es la energía oscura?

En los años 90, los físicos pensaban que el universo haría una de estas dos cosas con el tiempo: Una, acabaría colapsando por tener tantas cosas dentro; Dos, seguiría expandiéndose pero su densidad haría que se ralentizara con el tiempo.

Por eso se quedaron perplejos cuando las observaciones de supernovas lejanas mostraron que el universo no sólo seguía expandiéndose, sino que se estaba acelerando.

La causa de esta aceleración sigue siendo desconocida. La «energía oscura» es, en realidad, un nombre provisional para cualquiera que sea la causa.

Los científicos intentaron una vez calcular que la energía oscura era causada por partículas que entraban y salían de la existencia, pero llegaron a un número tan grande que tenía 120 ceros y, como afirma la NASA: «Es difícil obtener una respuesta tan mala».

Algunas teorías de Einstein afirman que es posible que surja más espacio, y que este espacio no está vacío, sino que en realidad lleva energía, lo que se conoce como la constante cosmológica. Pero no está claro por qué debería estar ahí, y mucho menos por qué tiene la fuerza que tiene. Otros piensan que se necesita una teoría de la gravedad totalmente nueva, pero ¿cómo podría una teoría así explicar esta pieza que falta y al mismo tiempo explicar con precisión cómo se mueven los planetas del sistema solar, por ejemplo? El misterio continúa.

Imagen del Hubble
Imagen del telescopio Hubble de la galaxia NGC 1275, tomada en 2006. El universo parece estar expandiéndose a un ritmo creciente, y los científicos han etiquetado la causa como energía oscura.
NASA/ESA/Getty

¿Qué es la materia oscura?

También está el gemelo de la energía oscura, la materia oscura. La materia oscura es necesaria para explicar por qué las estrellas orbitan alrededor de sus galaxias más rápido de lo que deberían, y por qué la luz se dobla por la gravedad de objetos invisibles.

La NASA afirma que es mejor pensar en la materia oscura en términos de lo que no es: Sabemos que no la vemos directamente, así que eso descarta las estrellas y los planetas; no es materia normal oscura, porque podríamos ver estas nubes absorbiendo radiación; no es antimateria, porque detectaríamos rayos gamma cuando esta antimateria colisiona con la materia normal; y no son grandes agujeros negros, basándonos en la cantidad de lentes gravitacionales que vemos.

La teoría que prevalece es que la materia oscura está formada por unas hipotéticas partículas exóticas.

Los científicos creen que, en conjunto, la energía y la materia oscuras constituyen alrededor del 95 por ciento del universo conocido. Sólo el 5 por ciento es todo lo que podemos observar directamente.

Mike Boylan-Kolchin, profesor asociado del departamento de astronomía de la Universidad de Texas en Austin, dijo Newsweek: «El factor limitante en la investigación de la materia oscura es que la única forma confirmada en que interactúa con el resto del Universo es a través de la gravedad, y ésta es realmente débil en las escalas en las que podemos hacer experimentos directos.

«Tenemos algunas opciones. Podemos esperar tener suerte en la ‘detección directa’ de la materia oscura a través de experimentos en la Tierra, pero éstos están generalmente dirigidos a encontrar partículas candidatas muy específicas que tienen interacciones específicas con la materia normal. Estos experimentos son tremendamente sensibles e impresionantes, pero no hay garantía de que ninguno de ellos sea capaz de detectar la materia oscura, ¡ya que no sabemos lo que es!»

¿Cuál es la masa de un neutrino?

Hace sólo un par de décadas, los científicos pensaban que los neutrinos -partículas diminutas que están en todas partes pero que también son extremadamente difíciles de detectar, ya que apenas interactúan con nada- no tenían masa.

Más tarde, los físicos descubrieron que, de hecho, debían tener masa, ya que se transforman en diferentes tipos de neutrinos con el paso del tiempo, y sólo podían hacerlo si había masa de por medio, según el sitio web All Things Neutrino del Fermi National Accelerator Laboratory.

Entonces, los científicos de Alemania establecieron que había un límite superior a la masa que podía tener un neutrino: poco más de un electronvoltio, que es unas 500.000 veces menos que un electrón.

Pero todavía no sabemos exactamente cuánto pesan. Bryce Littlejohn, investigador de neutrinos en el Instituto Tecnológico de Illinois, dijo Newsweek: «Ni siquiera sabemos cuánto pesan. Esta es una información bastante básica que conocemos sobre todas las demás partículas del Modelo Estándar -incluso el bosón de Higgs, ¡que se midió por primera vez hace pocos años!

«Sabemos que tienen masa, ya que hemos podido medir el comportamiento de cambio de sabor de los neutrinos, que está determinado por la diferencia de las masas de los neutrinos, pero no conocemos la escala absoluta de esas masas».

Y hablando de masa…

¿Qué es la gravedad?

Todo lo que tiene masa en el universo tiene gravedad, una fuerza que atrae a otras cosas con masa hacia ella. El Modelo Estándar no explica qué es la gravedad, como tampoco lo hace la teoría de la relatividad de Einstein.

Un aspecto del problema es que todas las demás fuerzas de la naturaleza -el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil- están cuantificadas. Esto significa que pueden observarse en «trozos», en lugar de en cantidades continuas, según la BBC Enfoque Científico revista.

Los científicos se han preguntado si es posible desarrollar una teoría cuántica de la gravedad que la reúna con las demás fuerzas, pero hasta ahora no ha sido posible.

Una de las teorías es que la gravedad puede ser entregada en trozos por una diminuta partícula llamada gravitón. Pero éstos nunca se han observado.

misterios inexplicables
(Principal) Un hombre con un telescopio astronómico mira las estrellas. (Derecha) Una imagen tomada en el CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear), en febrero de 2008. (Centro) El astronauta del transbordador espacial Bruce McCandless maniobra por el espacio con un traje autónomo que le permite flotar libre de la nave.
Getty Images/NASA, ESA y Andy Fabian

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