¡Aquellos primeros momentos!

Antes de que la imagen de arriba fuese una realidad tuvieron que pasar muchos miles de millones de años. Hasta donde sabemos y el origen más aceptado para nuestro Universo es el de una inmensa explosión proveniente de una singularidad en la que la densidad y la energía eran “infinitas” y a partir de ahí, comenzó la gran aventura. Esa es la idea que más coincide con lo que ahora podemos observar, y, precisamente por eso, el Modelo de Universo aceptado es el llamado Big Bang.

¡El Universo!

La primera interacción que puede ser considerada era la constante aniquilación y producción de electrones y positrones. Uno de los descubrimientos más famosos del siglo XX es la equivalencia entre la masa y la energía (E= m c²): bajo condiciones adecuadas, la energía se puede convertir en materia y viceversa. La conversión de energía en materia no se observa comúnmente en nuestro entorno porque éste es demasiado frío y no hay presión suficiente.

 

Al principio, después de la gran explosión que hizo expandirse al Espacio, todo era opaco y caliente, se tuvieron que liberar los fotones para que se hiciera la luz. Las partículas formaron los primeros átomos una vez que la materia y la anti-materia dejó aquella que formaría, cientos de millones de años más tarde, las primeras estrellas y galaxias.

                                                     

                                                     Con una imagen similar a esta pudo comenzar todo

Pero con las densidades y temperaturas que reinaban en el universo primitivo, esta conversión era el pan de cada día. Los fotones (g) se convertían en electrones (e^–) y positrones (e⁺) (proceso conocido como producción de pares). Estos fotones no podían producir partículas más pesadas (como nucleones por ejemplo) por no poseer suficiente energía. Los electrones y positrones terminarían por colisionar con sus respectivas antipartículas y convertirse de nuevo en fotones (a lo que nos referiremos como aniquilación)

                                                          

                                                        

La segunda interacción fue la conversión de protones en neutrones y viceversa. Esas partículas atómicas pesadas estaban ya presentes “en el principio” y estaban continuamente transmutándose una en otra mediante las siguientes reacciones:

                                 

“En el principio”, debido a la alta densidad de energía, las colisiones entre las partículas ocurrían de forma tan rápida que las reacciones de conversión de protones en neutrones y viceversa se equilibraban de tal manera, que su número, aunque pequeño, era muy aproximadamente el mismo. Pero esa igualdad se rompió casi inmediatamente debido a que los neutrones son ligeramente más pesados que los protones.

Por tanto, se necesita un poco más de energía para cambiar de un protón a un neutrón que viceversa. Al principio esto no tenía ninguna influencia porque había gran cantidad de energía en los alrededores. Pero como esta densidad de energía decrecía continuamente con la expansión, cada vez había menos energía disponible para cada colisión. Este hecho empezó a inclinar la balanza hacia la formación de protones, por lo que en número de protones empezó a ser mayor que el de neutrones y a medida que bajaba la temperatura la diferencia fue cada vez más notable.

Antes de alrededor de un minuto y cuarenta segundos desde el comienzo del tiempo,  no hay núcleos atómicos estables.  El nivel de energía en el ambiente es mayor que la energía de unión nuclear. Por consiguiente, todos los núcleos que se forman, se destruyen de rápidamente.

Alrededor de un segundo desde el comienzo del tiempo, llegamos a la época de desacoplamiento de los neutrinos.  Aunque en esa época el Universo es más denso que las orcas (y tan caliente como la explosión de una bomba de hidrógeno), ya ha empezado a parecer vacío a los neutrinos.  Puesto que los neutrinos sólo reaccionan a la fuerza débil, que tiene un alcance extremadamente corto, pueden escapar de sus garras y volar indefinidamente sin experimentar ninguna otra interacción.

                                  

Aunque parezca mentira, al día de hoy no sabemos, a ciencia cierta, como se formaron las galaxias

Así, emancipados, en lo sucesivo son libres de vagar por el Universo a su manera indiferente, volando a través de la mayor   de la materia como sino existiese. (Diez trillones de neutrinos atravesarán sin causar daños el cerebro y el cuerpo del lector en el tiempo que le lleve leer esta frase.  Y en el tiempo en que usted haya leído esta frase estarán más lejos que la Luna).

En menos de un siglo, el neutrino pasó de ser una partícula fantasma propuesta en 1930 por el físico austríaco Wolfgang Pauli (1900-1958), a explicar el balance de energía en una forma de radioactividad,  el llamado decaimiento beta, en una sonda capaz de escrutar el interior de estrellas y de la propia Tierra.

               

   Proto-cúmulos galácticos en el universo primitivo captados por los telescopios Planck y Herschel

De esa manera, oleadas de neutrinos liberados en un segundo después del Big Bang persiste aún después, formando una radiación cósmica de fondo de neutrinos semejante a la radiación de fondo de microondas producida por el desacoplamiento de los fotones.

           La misión Planck detectó el fondo cósmico de microondas

Si estos neutrinos “cósmicos” (como se los llama para diferenciarlos de los neutrinos liberados más tarde por las supernovas) pudiesen ser observador por un telescopio de neutrinos de alguna clase, proporcionarían una visión directa del Universo cuando sólo tenía un segundo.

A medida que retrocedemos en el tiempo, el Universo se vuelve más denso y más caliente, y el nivel de  estructura que puede existir se hace cada vez más rudimentario.

Pasó mucho tiempo para que se formaran las primeras moléculas y sus enlaces atómicos

Por supuesto, en ese tiempo, no hay moléculas, ni átomos, ni núcleos atómicos, y, a 10-⁶ (0.000001) de segundo después del comienzo del tiempo, tampoco hay neutrones ni protones.  El Universo es un océano de quarks libres y otras partículas elementales.

Si nos tomamos el de contarlos, hallaremos que por cada mil millones de anti-quarks existen mil millones y un quark.  asimetría es importante.  Los pocos quarks en exceso destinados a sobrevivir a la aniquilación general quark-anti-quark formaran todos los átomos de materia del Universo del último día.  Se desconoce el origen de la desigualdad; presumiblemente obedezca a la ruptura de una simetría materia antimateria en alguna etapa anterior.

 

Tendría que pasar mucho tiempo para que se formaran las primeras formas de vida (la única que conocemos hasta el presente), en el planeta Tierra, donde nuestra especie ha tratado de ir desvelando los secretos de la Naturaleza.

 

Nos aproximamos a un tiempo en que las estructuras básicas de las leyes naturales, y no sólo las de las partículas y campos cuya conducta dictaban, cambiaron a medida que evolucionó el Universo.

La primera transición semejante se produjo en los 10^-11 de segundo después del comienzo del tiempo, cuando las funciones de las fuerzas débiles y electromagnéticas se regían por una sola fuerza, la electrodébil.  hay bastante energía ambiente para permitir la creación y el mantenimiento de gran cantidad de bosones w y z.

                     El LHC los experimentadores dieron con los Bosones W y Z que verificó la Teoría

Estas partículas –las mismas cuya aparición en el acelerador del CERN verificó la teoría electrodébil– son las mediadoras intercambiables en las interacciones de fuerzas electromagnéticas y débiles, lo que las hace indistinguibles.  En ese tiempo, el Universo está gobernando sólo por tres fuerzas: la gravedad, la interacción nuclear fuerte y la electrodébil.

Más atrás de ese tiempo nos quedamos en el misterio y envueltos en una gran nebulosa de ignorancia.  Cada uno se despacha a su gusto para lanzar conjeturas y teorizar sobre lo que pudo haber sido.   Seguramente, en el futuro, será la teoría M (de supercuerdas) la que contestará esas preguntas sin respuestas ahora.

En los 10^-35 de segundo desde el comienzo del tiempo, entramos en un ámbito en el que las actividades cósmicas son aún menos conocidas.  Si las grandes teorías unificadas son correctas, se produjo una ruptura de la simetría por la que la fuerza electronuclear unificada se escindió en las fuerzas electrodébil y las fuertes.  Si es correcta la teoría de la supersimetría, la transición puede haberse producido antes, había involucrado a la gravitación.

        

En el universo temprano la primera materia (hidrógeno y Helio) era llevada por la fuerza de gravedad a conformarse en grandes conglomerados de gas y polvo que interaccionaban, producían calor y formaron las primeras estrellas.

    

Elaborar una teoría totalmente unificada es tratar de comprender lo que ocurrió en ese tiempo remoto que, según los últimos estudios está situado entre 15.000 y 18.000 millones de años, cuando la perfecta simetría que, se pensaba, caracterizó el Universo, se hizo añicos para dar lugar a los simetrías rotas que hallamos a nuestro alrededor y que, nos trajo las fuerzas y constantes Universales que, paradójicamente, hicieron posible nuestra aparición para que , sea posible que, alguien como yo esté contando esta fascinante historia de lo que se cree que pudo pasar.

   

                 Algunas de las constantes universales que no cambian con el paso del Tiempo

                                                    

                                      Las Constantes y las cuatro fuerzas fundamentales rigen el Universo

Pero hasta que no tengamos tal teoría (la Gran Teoría del Todo) no podemos esperar comprender lo que realmente ocurrió en ese Universo bebé.  Los límites de nuestras conjeturas actuales cuando la edad del Universo sólo es de 10^-43 de segundo, nos da la única respuesta de encontrarnos ante una puerta cerrada.

Del otro lado de esa puerta está la época de Planck, un tiempo en que la atracción gravitatoria ejercida por cada partícula era comparable en intensidad a la fuerza nuclear fuerte.

La fuerza nuclear fuerte hizo posible la existencia de los núcleos que atraían electrones para formar átomos. El núcleo formado por protones y neutrones, allí llamados nucleones, estaban conformados por tripletes de Quarks confinados por la fuerza nuclear fuerte y retenido por Bosones llamados Gluones.

Así que, llegados a este punto podemos decir que la clave teórica que podría abrir esa puerta sería una teoría unificada que incluyese la gravitación, es decir, una teoría cuántica-gravitatoria que uniese, de una vez por todas, a Planck y Einsteins que, aunque eran muy amigos, no parecen que sus teorías (la Mecánica Cuántica) y (la Relatividad General) se lleven de maravilla.

emilio silvera