Teóricamente, al empujar una masa negativa esta se acercaría a nosotros. Según una teoría, esto podría explicar la expansión del Universo y la cohesión de las galaxias

¿Y si el Universo está flotando en un extraño océano de masa negativa?

Científicos de la Universidad de Oxford plantean un modelo en el que la energía y la materia oscuras se unifican en una exótica forma de materia que tendría una masa de signo contrario al habitual

¿Alguna vez se ha planteado que mantiene sus pies pegados al suelo? ¿Qué fuerza invisible le vincula con la Tierra, a pesar de que el planeta se mueve por el espacio a 107.000 kilómetros por hora? ¿O qué mantiene algo tan pesado como la Luna suspendido en el cielo? Responderá que la responsable es la gravedad y quizás recuerde la famosa manzana cayendo –¡Ploc!– en la cabeza de Newton. Pero, ¿qué es la gravedad? ¿Como actúa a distancia, de dónde obtiene la energía para tirar al suelo una simple fruta? ¿Por qué unas cosas pesan más que otras?

                       Partículas que toman su masa del Campo de Higgs

La respuesta aceptada es que existe un campo, el llamado campo de Higgs, que permea el espacio-tiempo y que, al interaccionar con la materia, le proporciona a las partículas su masa. Es decir, algo totalmente cotidiano y evidente, la propia existencia de la gravedad, depende de algo invisible, difícil de comprender y muy lejos de ser evidente. Tan es así que la existencia del bosón de Higgs, la partícula que genera el campo del mismo nombre, solo se pudo constatar hace seis años.

Hablamos de materia oscura y no sabemos lo que es, cómo está formada, qué origen tiene… o, si los fenómenos observados son provocados por la fuerza de gravedad que genera esa hipotética materia.

Y esto es solo una ínfima parte del enorme desafío que es comprender el funcionamiento de lo que nos rodea. De hecho, en la actualidad se desconoce la naturaleza del 95 por ciento del Universo. La materia visible, que forma estrellas, planetas y nubes de polvo y gas, no explica cómo las galaxias giran tan rápido como lo hacen sin deshacerse. Debe existir algo invisible que las mantiene unidas, gracias a la gravedad: quizás la llamada materia oscura. Por otro lado, la materia visible tampoco explica por qué existe una misteriosa fuerza repulsiva que separa el espacio-tiempo y expande el Universo, con más aceleración cuanto más disperso está. Debe existir algo que lo separa todo: podría ser la llamada energía oscura. Pero, ¿de dónde surgen estos fenómenos? Si algo tan natural como la gravedad que sentimos tiene una base tan extraña, ¿qué podemos esperar de estos fenómenos oscuros que no tenemos ni idea de cómo son?

Si lo podemos ver no es la materia oscura. Toda la que emita radiación, es bariónica

Hasta el momento, no ha habido forma de detectar ni una traza de la fracción oscura del Universo, y no es de extrañar que haya cientos de investigadores devanándose los sesos por ello. Ahora, un grupo de científicos de la universidad de Oxford (Reino Unido) acaba de publicar un artículo en la revista Astronomy and Astrophysics donde propone una explicación, basada en modelos matemáticos que son capaces de reproducir parcialmente nuestro Universo, y que unifican tanto la materia como la energía oscuras. Su propuesta consiste en sugerir la existencia de la masa negativa, una exótica forma de materia que se caracteriza por alejar a la masa de su alrededor. Si las masas se atraen entre sí gracias a la gravedad, ¿por qué no puede ocurrir lo contrario? ¿Podría ser que el Universo fuera simétrico y hubiera masas positiva y negativa?

      Hablan de extrañas fuentes de Gravedad negativa pero… ¡Simples conjeturas!

«Parece que un simple signo negativo podría solucionar dos de los mayores problemas de la Física», ha explicado a ABC Jamie Farnes, primer autor del estudio. «Nuestra teoría parece no solo explicar la materia oscura, sino que también obtenemos una posible solución para la energía oscura».

En primer lugar, ¿cómo sería esta masa negativa? Según el autor, sería «extraña y peculiar para nosotros, porque vivimos en una región del espacio dominada por la materia positiva». De hecho, aventura que tendría una exótica propiedad: «Si empujaras una masa negativa, ¡esta iría hacia ti!».

La repulsión que une galaxias…

Para significar la energía negativa nos hemos inventado mil y un modelo pero…

El investigador ha recordado que el callejón sin salida de la materia y la energía oscuras, que es resultado de no poder explicar lo que vemos en el Universo con nuestras teorías, ha llevado a algunos científicos ha coger el camino de en medio. Algunos trabajan en una «gravedad modificada» que se comporta de una forma distinta en las grandes escalas y otros han creado el concepto del «fluido oscuro», una exótica forma de materia que combinan algunas de las propiedades de la energía y la materia oscuras. ¿Es por esto por lo que el Universo se expande tan rápido? ¿O el motivo por el que se mantienen unidas las galaxias? ¿Que no lo veamos indica que no existe?

“Existe en el universo una curiosa relación conocida como la ley de Hubble que nos dice que cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja de nosotros. Esto fue la primera demostración empírica de que el Universo se expande y dejó impresionados a los físicos de los años 20. Desde entonces se han hecho muchas investigaciones al respecto hasta que en 2005 un grupo de investigadores recibieron el premio Nobel por descubrir que el universo se expande cada vez más rápido.”

Responder a estas preguntas puede ser una tarea demasiado ambiciosa, o no. De momento, Jamie Farnes ha elaborado un modelo matemático basado en la masa negativa que es capaz de explicar la formación de halos de materia oscura alrededor de galaxias de masa positiva.

«Mi modelo muestra que la fuerza repulsiva de los alrededores, proveniente de la masa negativa, puede mantener unida a una galaxia», ha explicado Farnes. «La gravedad de la masa positiva de la galaxia atrae la masa negativa en todas las direcciones y, a medida que esta masa negativa se acerca, ejerce una fuerza repulsiva cada vez con más fuerza que permite a la galaxia girar a gran velocidad sin salir disparada».

Y que expande el espacio-tiempo

Si la masa negativa puede explicar la materia oscura, ¿puede explicar también la energía oscura y la expansión del Universo? Hasta ahora, siempre se ha rechazado esta posibilidad, porque no parece compatible con lo observado.

«Sabemos que la materia, incluyendo las partículas de masa negativa, se dispersarían más a medida que el Universo se expande. Sin embargo, las observaciones de energía oscura muestran que esta sustancia no se hace más fina con el tiempo, de hecho permanece constante durante la expansión del Universo», ha resumido Jamie Farnes.

“Científicos de la Universidad de Oxford, han sugerido que la mayor parte del universo puede estar formado por un «fluido oscuro» con una masa negativa. La naturaleza precisa de la materia oscura y la energía oscura, que se cree que representan hasta el 95% del universo observable, sigue siendo uno de los misterios sin resolver más importantes de la física moderna.”

Sin embargo, este científico ha ideado una posibilidad que acabaría con esta incompatibilidad. ¿Y si la masa negativa se genera espontáneamente? «En nuestra teoría, las partículas de masa negativa son creadas continuamente por un “tensor de creación“, de modo que se regeneran a medida que el Universo se expande. Con esta propuesta, estas masas negativas creadas continuamente parecen ser idénticas a la energía oscura». Por tanto, serían compatibles con lo observado.

El «tensor de creación»

Este científico ha detallado que este «tensor de creación» no es más que una construcción matemática, «que permite a la materia aparecer espontáneamente en la existencia, como una especie de palomita microscópica».

En su opinión, sería interesante observar si esta idea puede ser compatible con la Mecánica Cuántica, para estudiar si podría haber partículas que aparecieran espontáneamente en el vacío, o incluso para ayudar a la unificación de las incompatibles Relatividad y Mecánica Cuántica. Puede parecer inverosímil, pero no lo es también la base de una realidad tan cotidiana como la gravedad? ¿O la de los fenómenos que permiten el funcionamiento de satélites o televisiones?

Aceptando este marco, resultaría que la energía y la materia oscuras pueden ser unificadas en una sola sustancia, cuya naturaleza se explica sencillamente como resultado de que «la masa positiva –del Universo– surfea en un mar de masas negativas», según Farnes.

Los pasos para confirmarlo

¿Qué harán a continuación para tratar de validar esta hipótesis? El investigador ha explicado que este modelo predice que la distribución de las galaxias debería variar de una forma muy concreta en función el tiempo. Pues bien, están desarrollando herramientas para procesar los datos que obtendrá el Square Kilometre Array (SKA), un inmenso radiotelescopio con un área colectora de un millón de kilómetros cuadrados y capaz de generar 5 millones de petabytes de información cada año, para estudiar la distribución de las galaxias, según ha dicho Farnes, «más atrás en el tiempo que ninguna otra máquina ha podido mirar».

Esto les permitirá comparar la teoría propuesta con el modelo cosmológico convencional, que no puede explicar la energía o la materia oscuras, y quizás incluso contraponerlo con otras teorías cosmológicas.

Todo esto no ocurrirá hasta al menos 2030, según Jamie Farnes. También ha comentado que los experimentos Alpha-G y ATLAS, del CERN, ya están buscando unos indicios de la antimateria de masa negativa, que serían un importante impulso en la búsqueda de partículas de masa negativa.

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