Una partícula olvidada podría explicar por qué estamos aquí

«Lo más bello que podemos experimentar es lo misterioso. Es la fuente de todo el arte y la ciencia verdaderos». Albert Einstein dejó escrita esta reflexión en 'El mundo como yo lo veo', una recopilación de sus pensamientos sobre la ciencia, la existencia y la naturaleza humana.

El físico insistía en que no debemos conformarnos con lo inexplicable, y defendía la idea de que nuestra capacidad de asombrarnos ante lo que todavía ignoramos es, precisamente, lo que nos impulsa a buscar respuestas. Sin curiosidad, la ciencia perdería una de sus razones de ser.Y, sin duda, el mayor de todos los misterios, el que contiene a todos los demás, es el origen del Universo.

¿Cómo llegó a existir todo lo que existe? ¿Cómo empezó todo? Las mejores mentes de la Tierra llevan siglos buscando una respuesta. Hoy contamos con teorías que explican buena parte de la evolución del cosmos, pero todavía ignoramos qué sucedió en algunos de sus primeros instantes.

Hasta el punto que Stephen Hawking llegó a decir que comprender el comienzo del Universo «puede que sea una tarea más allá de nuestras capacidades, pero al menos debemos intentarlo ».Justo eso, volver a intentarlo, es lo que acaba de hacer un equipo de investigadores de la Universidad de Southampton, en Reino Unido, y del Instituto Indio de Tecnología de Kanpur.

En un artículo publicado en 'Physical Review Letters', Rishav Roshan y Sudipta Show sugieren que un viejo conocido de la física teórica, un neutrino pesado prácticamente apartado de los modelos habituales, pudo desempeñar un papel importante en la historia más temprana del cosmos.

Su influencia, de hecho, ayudaría a explicar uno de los enigmas fundamentales de nuestra existencia: por qué hay materia en el Universo en lugar de un inmenso vacío.La aniquilación que no ocurrióSegún las teorías vigentes, inmediatamente después del Big Bang debió generarse una cantidad idéntica de materia que de antimateria .

Pero sabemos que si ambas entran en contacto, se destruyen mutuamente en un fogonazo de energía pura. Por tanto, tras el nacimiento del espacio y el tiempo, la materia y la antimateria deberían haberse aniquilado sin remedio, dejando tras de sí un Universo yermo, un vasto océano de radiación sin galaxias, sin estrellas y, por supuesto, sin nosotros.El mero hecho de que estemos aquí demuestra que se produjo una asimetría entre materia y antimateria justo después del Big BangPero estamos aquí.

Y además acompañados por billones de planetas, estrellas y galaxias que, según esa idea, no deberían existir. En aquellos críticos instantes iniciales, algo debió suceder para que una pequeña fracción de materia lograra sobrevivir a la carnicería. Según el Consejo Europeo para la Investigación Nucler (CERN), uno de los mayores centros de física del mundo y sede del Gran Acelerador de Hadrones (LHC), por cada mil millones de pares de partículas y antipartículas (materia y antimateria) sobrevivió aproximadamente una partícula de materia.

De modo que tras las sucesivas aniquilaciones, aquel minúsculo excedente acabó formando todo lo que observamos hoy a nuestro alrededor. Algo inclinó la balanza en favor de la materia, sí, ¿pero qué?El neutrino que nadie tenía en cuentaLa pista de Roshan y Show se encuentra en una familia de partículas extraordinariamente esquivas: los neutrinos.

Los neutrinos ordinarios carecen de carga eléctrica y apenas interactúan con la materia. Cada segundo, cantidades ingentes de ellos atraviesan nuestro cuerpo sin que lo notemos.Pero los autores del nuevo estudio se centraron en un pariente hipotético mucho más pesado: un neutrino previsto (y aún no detectado) en determinados modelos teóricos que intentan explicar por qué los neutrinos conocidos tienen masas tan pequeñas.

El trabajo se centra en el miembro más pesado de ese conjunto, denominado N3, cuyas interacciones serían tan débiles que permanecería prácticamente 'desacoplado' del resto de las partículas.Este hipotético neutrino pesado ha sido descartado durante mucho tiempo como un simple detalle de fondo irrelevante en la física de partículas«Este neutrino pesado desacoplado se ha considerado durante mucho tiempo un detalle de fondo irrelevante en la física de partículas -explica Roshan-.

Sin embargo, se desintegra increíblemente despacio».Y ahí reside la clave. Porque si una partícula vive lo suficiente, puede dejar de ser un mero actor secundario y, a medida que el Universo se fue expandiendo y enfriando, el N3 podría haber llegado a dominar temporalmente la densidad de energía del cosmos.

Es decir, durante una breve etapa, la expansión habría estado gobernada por esa partícula de materia y no por la radiación, como suele suponerse en los modelos habituales del Universo temprano.Un cambio de ritmo en el cosmos¿Pero qué tiene que ver eso con nuestra existencia?

Mucho más de lo que parece, porque al cambiar el 'ritmo' de expansión del Universo, también pudieron cambiar las condiciones en las que interactúan sus partículas.Para entender el impacto de esta suposición, podemos visualizar a este neutrino pesado como un 'termostato' o interruptor maestro en los albores del tiempo.

En su estudio, el equipo detalla matemáticamente cómo la larga vida de esta partícula frenó y alteró la historia térmica del Universo primitivo, retrasando procesos fundamentales.El neutrino N3 apenas interactuaría con las demás partículas, pero su larga vida pudo permitirle dominar temporalmente la energía del Universo primitivo«El hecho de que estemos aquí en absoluto demuestra que se produjo una asimetría entre materia y antimateria -añade Roshan.

El neutrino desacoplado modificó en el Universo primitivo la temperatura a la que las partículas fundamentales, como los electrones y otros leptones, interactuaban con sus antipartículas con la ayuda del bosón de Higgs del Modelo Estándar. Esta temperatura actúa como un interruptor que da forma a cómo se construyó el desequilibrio entre materia y antimateria».Huellas en las ondas gravitacionalesQue una sola partícula, al decaer con extremada lentitud, pudiese alterar el equilibrio térmico del cosmos temprano es algo que lo cambia todo.

Pero la ciencia exige pruebas. ¿Y cómo podemos demostrar hoy la influencia de una escurridiza partícula que se desvaneció hace más de 13.800 millones de años?Desde luego, no será sencillo. Para empezar, el neutrino propuesto no se ha detectado aún directamente, aunque los científicos señalan posibles 'pistas' en las oscilaciones de neutrinos y en las ondas gravitacionales primordiales, ondulaciones del espacio-tiempo que podrían conservar la huella de los acontecimientos más antiguos del cosmos.Según Show, «el cambio dramático en la expansión temprana del Universo deja marcas distintivas, pero potencialmente detectables, por ejemplo, en las ondas gravitacionales primordiales.

Los investigadores creen que los futuros observatorios espaciales podrían llegar a detectar esas débiles señales, que para Show «abren nuevas vías para reconstruir la evolución del Universo después del Big Bang». Estamos, sin duda, ante uno de esos formidables desafíos que, como decía Einstein, «son la fuente de todo el arte y la ciencia verdaderos».