Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) completó la instalación de un imán de 1.290 toneladas que recreará las condiciones del origen del universo. Se repasan una y otra vez los posibles fallos lógicos de todo unstrumento complejo nuevo que, antes de ponerse a funcionar necesita de un sin fin de pruebas para que, a la hora de la verdad nos traiga lo que de él esperamos.

Los que estamos enamorados de la física, hace mucho tiempo que esperábamos esta noticia. Es el último complemento que se necesitaba instalar en una de las cavernas excavadas en el corazón montañoso del Jura, unidas por un túnel de 27 Km de largo que discurre a 100 metros de profundidad en la frontera entre el país francés y Suiza, en cuyo interior se alberga el Large Hadron Collisioner, el mayor colisionador de partículas jamás construido. En escritos míos anteriores ya mencionaba este descomunal proyecto, idea de Carlo Rubbia, premio Nobel italiano y director responsable de la construcción del CERN.

Este enorme acelerador es en realidad un anillo dentro del cual se harán viajar haces de protones a altas velocidades y en direcciones opuestas, que en un momento dado, se harán colisionar. El violento encuentro alcanzará un nivel de energía hasta ahora jamás logrado: 14 TeV, capaz de recrear las condiciones cercanas a las existentes en los orígenes del universo, apenas una décima de millonésima de segundo después del Big Bang.

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¿Qué son las D-branas? ¿Por qué las requiere la teoría de cuerdas? La respuesta básica a la segunda pregunta es que dan sentido a las cuerdas abiertas que intervienen en la teoría tipo I: cada uno de los dos extremos de una cuerda abierta debe residir en una D-brana. Pero dos extremos de la cuerda abierta residen en un subespacio (q + 1)-dimensional de género tiempo llamado una D-brana, o D-q-brana que es una entidad esencialmente clásica (aunque posee propiedades de supersimetría), que representa una solución de la teoría de supergravedad 11 dimensional.

En respuesta a la primera pregunta, una D-brana es una estructura de género tiempo, como más arriba indico, 1 + q dimensiones espaciotemporales. Invocando una de las dualidades de la teoría M, alternativamente podemos considerar una D-brana como una solución de las ecuaciones de alguna otra versión de la teoría M de cuerdas.

Las D-branas aparecen en muchas discusiones modernas relacionadas con las cuerdas (por ejemplo, en la entropía de los agujeros negros). Suelen tratarse como si fueran objetos clásicos que yacen dentro del espacio-tiempo completo 1 + 9 (o 1 + 10) dimensiones. La “D” viene de “Dirichlet”, por analogía con el tipo de problema de valor de frontera conocido como un problema de Dirichlet, en el que hay una frontera de género tiempo sobre la que se especifican datos (según Peter G. Lejeune Dirichlet, un eminente matemático francés que vivió entre 1.805 y 1.859).

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Independientemente de sus ingredientes, la materia oscura será, por mucho tiempo, personaje central de discusión dentro del mundo de la cosmología, ya que ella juega un rol preeminente para en encontrar respuestas a una serie de interrogantes que hoy quitan el sueño a aquellos científicos que se articulan para el estudio del universo. Ellas van desde poder determinar con certeza un factor para la constante de Hubble; precisar con mayor seguridad la posible edad del cosmos, y predecir dentro de un marco científico el destino final del universo. Temas todos muy vinculados a la materia que pensamos que no hemos podido ver en nuestras observaciones al cielo.

Aparentemente una simple serie de números intenta solucionar una compleja realidad: la cifra precisa de la velocidad a la que se expande el universo. Su valor es fundamental para calcular la distancia a que se encuentran galaxias remotas y otros objetos celestes, además de revelarle a los astrónomos la edad del universo.

En la reunión de la American Astronomical Society, celebrada entre el 30 de diciembre de 1924 y el 1 de enero de 1925, cuando se leyó públicamente la carta que envió a ella Edwin Hubble, en la cual señalaba que podía demostrar que el universo se estaba expandiendo, en ese momento dos conclusiones quedaron claras. Primero, la expansión tuvo que haber comenzado en algún punto. De ello se empieza a embrionar la teoría del Big Bang. Segundo, si se logra determinar el ritmo de esa expansión, se podría establecer cuándo ocurrió la gran explosión original. Es decir, cuándo nació el universo.

Hubble expresó esa idea a través de una ecuación: la tasa de expansión del universo equivale a la velocidad a la que una galaxia se aleja de un observador dado, dividida por la distancia a la que se encuentra la galaxia desde ese observador. La solución numérica de la ecuación tomó el nombre de la constante de Hubble.

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Durante sus primeros 200.000 a 300.000 años, el universo era un ardiente mundo de oscuridad; era opaco a la transmisión de la luz. Era similar al interior del Sol, que también es opaco (no puede verse directamente a través del Sol). Si algunos electrones se uniesen con protones o núcleos de helio para formar hidrógeno o helio atómicos serían destruidos de inmediato por los fotones energéticos. En consecuencia, los fotones no tienen que desplazarse mucho para interactuar. Esta es la causa de que los telescopios no vean jamás luz de acontecimientos anteriores a unos 300.000 años, al igual que no pueden ver el interior del Sol.

Ahora bien, la era radiactiva termina cuando los fotones cesan de interactuar con la materia. Ello ocurre cuando la temperatura baja de 3.000 °K, y los electrones se unen a los núcleos y forman verdaderos átomos (éste es el fenómeno de la «recombinación o desacoplamiento»), dando como resultado una materia neutra, a diferencia del plasma anterior. La radiación se desacopla de la materia o esta se recombina, debido a que los fotones ya no tienen energía suficiente como para separar a los átomos en sus choques con ellos. Los fotones al dejar de interactuar vuelan libres de un lado a otro, a la velocidad de la luz. Así, la fase de recombinación marca el fin de la era radiactiva. Pero de pronto, el universo se vuelve transparente, lo baña una brillante luz amarilla, el color que corresponde a la materia a 3.000 °K. La luz más antigua nos puede llegar desde esa época, después de atravesar la mitad del universo visible. Este acontecimiento señala, por acuerdo convencional, el fin del Big Bang, y la expansión sin estructuras del universo; pronto empezarán a surgir las estructuras (las protogalaxias).

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Más de una vez ha sucedido que, después de años de esfuerzo intelectual y de experimentos, surge de la confusión previa una imagen coherente del mundo físico. Un ejemplo muy elocuente de ello, es lo que pasó a finales de los años veinte del siglo XX cuando se inventó la mecánica cuántica, que desveló al fin el extraño mundo del átomo que llevaba décadas desconcertando a los físicos. Otro ejemplo que se me viene a la mente es la revolución del campo de medida, que desembocó en la invención (a finales de los años sesenta del siglo próximo pasado) de las teorías relativitas del campo cuántico de las fuerzas electromagnética débil y fuerte. Estas teorías, investigadas durante décadas, pusieron orden en el mundo subatómico. El resultado de las revoluciones de este género suele ser una nueva unanimidad científica, una visión compartida del orden del mundo. Para la ciencia, es importante disponer de una unanimidad establecida de este tipo. Proporciona un objetivo definido para la crítica y un terreno firme desde el cual es posible lanzarse a vuelos especulativos.

Hacer formulaciones lo más sencillas y precisas sobre la física de las partículas elementales y sus interacciones representa para los físicos que se centran en el estudio de la física de altas energías uno de sus más caros anhelos.

El devenir de la evolución de la física nos ha hecho conscientes de que teorías a ciertas escalas de energía se incompatibilizan y, regularmente, adquieren la propiedad de ser «límites fronterizos» de una teoría más general que trabaja a una escala de energía mayor que la asociada a las teorías independientes y que, además, casi siempre suele ser de una mayor sencillez conceptual. Sin embargo, como ha sido la “gracia” de los humanos que procuran hacer ciencia en física, siguen explorando posibilidades dentro de la teoría que actualmente describe bastante bien a las partículas elementales y que se conoce como «modelo estándar (ME)».

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