Décadas de investigación después, la materia oscura sigue siendo un misterio. La búsqueda de una partícula que pueda explicar su presencia en la vastedad cósmica ha sido infructuosa; laboratorios, observatorios y aceleradores de partículas no han hallado indicio alguno de esta materia de la que está formada gran parte del Universo. ¿Y si no se trata de una partícula “exótica” ni “fantasma”? Investigadores en todo el mundo han tratado de detectarla, sin embargo, al no interactuar con la materia que conocemos permanecería invisible. Sea lo que sea, esa materia está ahí y su interacción gravitacional es innegable; abarca la inmensidad cósmica, así como la mente y el tiempo de los físicos en todo el mundo.

Un par de físicos mexicanos piensa que el problema debe buscar una explicación con un enfoque distinto, desde donde no hay una partícula exótica y donde la respuesta podría estar justo “frente a nosotros”.

“La matera oscura es uno de los problemas científicos más importantes de la ciencia actualmente”, señala en entrevista Mauricio López Romero, físico del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) Unidad Querétaro, quien, junto con Sergio Martínez, profesor invitado de la institución, ha afinado su teoría sobre la existencia de materia oscura, la cual publicarán este 2021.

En las últimas décadas, añade, las mediciones han confirmado una y otra vez que en el Universo existen grandes cantidades de materia con características peculiares: no es la materia ordinaria a la que estamos acostumbrados (bariónica), es decir, los átomos que componen nuestro cuerpo y todo lo que conocemos… “La materia que hace falta para explicar la dinámica de rotación de las galaxias a grandes distancias —más rápido de lo que sería congruente con la cantidad de materia cuantificable—, tiene que ser una que no interactúa con la radiación electromagnética”.

El Premio Nacional de Ciencias y Artes 2014 recuerda que no se han hallado partículas exóticas candidatas para explicar la materia oscura. “Por ello, la comunidad científica está intrigada con la materia oscura. No está hecha de átomos convencionales, pero sus efectos gravitacionales nos dejan claro de que existe y compone alrededor del 85% de la materia en el Universo —el resto sería la materia convencional—; teníamos dudas de su composición hasta hace poco, en eso consiste nuestra propuesta teórica”.

¿Y LA ENERGÍA OSCURA?

En términos energéticos, alrededor del 80% del Universo está compuesto por energía oscura, la cual genera su expansión acelerada. El resto se compone por materia bariónica y oscura. La energía oscura sería el siguiente paso en la investigación de Mauricio López y Sergio Martínez.“Hay una conexión de generación de radiación gravitacional de nuestra propuesta y la energía oscura, porque debe de haber un equilibrio entre la energía que necesitas para generar las ondas gravitacionales. La pregunta es ¿de dónde está saliendo para generar esta gran cantidad de ondas gravitacionales? La respuesta es: de la energía de las fluctuaciones cuánticas del vacío. De alguna manera en el balance energético de nuestra aproximación debe intervenir la energía oscura, tema que estamos explorando”.

MUNDO CUÁNTICO

En su propuesta, los académicos exploran las posibilidades de que los efectos de la materia oscura tengan su origen en el mundo cuántico, los cuales generan a su vez la radiación que manifiesta el fenómeno a través de sus efectos gravitacionales. “Su origen estaría en el contexto de la mecánica cuántica, en el Principio de Incertidumbre de Heisenberg”.

La propuesta teórica señala que la materia oscura puede ser sería entendida mediante la radiación gravitacional, no como una partícula extraña, sino consistente en una acumulación de ondas gravitacionales muy tenues que, sumadas en la vastedad del Universo, dan origen al comportamiento gravitacional que da indicios de su existencia (la rotación de las galaxias individuales y cúmulos de galaxias, lente gravitacional, entre otros fenómenos). “Estos efectos gravitacionales los podemos explicar muy bien con nuestro modelo, que es muy original y no ha sido propuesto antes”.

Mauricio López explica que su teoría mezcla los conceptos de ondas gravitacionales y relatividad general con mecánica cuántica. “Así, por primera vez en el mundo, proponemos este nuevo modelo, donde no tenemos necesidad de pensar en partículas extrañas-exóticas que nadie ve en los laboratorios, sino recurrir a los principios más fundamentales de la física que tenemos y así generar este nuevo conocimiento sobre la materia oscura”.

En términos energéticos, alrededor del 80% del Universo está compuesto por energía oscura, la cual genera su expansión acelerada. El resto se compone por materia bariónica y oscura. La energía oscura sería el siguiente paso en la investigación de Mauricio López y Sergio Martínez.

“Hay una conexión de generación de radiación gravitacional de nuestra propuesta y la energía oscura, porque debe de haber un equilibrio entre la energía que necesitas para generar las ondas gravitacionales. La pregunta es ¿de dónde está saliendo para generar esta gran cantidad de ondas gravitacionales? La respuesta es: de la energía de las fluctuaciones cuánticas del vacío. De alguna manera en el balance energético de nuestra aproximación debe intervenir la energía oscura, tema que estamos explorando”.

–¿Estas ondas gravitacionales se relacionan con las observadas por el proyecto LIGO?

–La Teoría General de la Relatividad predice la existencia de ondas gravitacionales, trabajos que han sido objeto de premios Nobel, como el de la colaboración LIGO, donde detectaron físicamente su presencia a través de fenómenos tremendos como el colapso de dos agujeros negros, que generaron grandes cantidades de energía propagada en forma de ondas gravitacionales que llegaron hasta la Tierra y fueron captadas por este detector.

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“No obstante, nosotros hablamos de la generación y aniquilación de partículas diminutas, muy tenues, que habíamos ignorado hasta el momento, pero que dejarían rastros de ondas gravitacionales sumamente débiles”. Es aquí cuando el investigador refiere que para acomodar este concepto en su modelo teórico se requiere “agregar nueva física”, es decir, proponer algo que deberá comprobarse. Son cambios sutiles, comparados con la suposición de la existencia de una partícula nueva y exótica, agrega. “De tal forma que el modelo es económico, con una modificación pequeña a la física que conocemos se explica mucho, se explica qué es la materia oscura”.

EL VACÍO

Esta pequeña modificación tiene que ver con el comportamiento del vacío. Uno de los fundamentos de la mecánica cuántica, apunta Mauricio López, son las fluctuaciones cuánticas del vacío, que predicen que los campos asociados a las partículas o el campo electromagnético en el vacío están fluctuando, lo cual se manifiesta en la creación y aniquilación de partículas.

Imaginemos un cubo perfecto en el vacío, plantea, la mecánica cuántica predice que al interior se producirán partículas de manera espontánea y se aniquilarán un brevísimo tiempo después, de tal forma que al interior del cubo se espera que surjan de la nada electrones y sus antipartículas, positrones, que se crean como una fluctuación cuántica del campo en vacío asociado al electrón.

El científico puntualiza que su propuesta requiere de una modificación ligera a la manera en que pensamos estas fluctuaciones cuánticas de vacío, que son sensibles a la curvatura del espacio-tiempo, es decir, a mayor presencia de energía en una zona del Universo, mayor rapidez en estas fluctuaciones. “Con esta pequeña modificación podemos explicar la materia oscura como un fenómeno de radiación gravitacional, generado en todos los puntos del Universo a partir de las fluctuaciones cuánticas del vacío”.

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