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Usted cuando por la noche mira al cielo y ve los astros no percibe que se muevan gran cosa, más allá de alguna estrella fugaz y el paso de los aviones. Sin embargo, el universo no para. Se expande, y lo hace cada ve más rápido. Esta circunstancia, perfectamente conocida, «resulta sorprendente, ya que en principio se pensaría que la gravedad debería detener o, al menos, ralentizar esa expansión». Lo explica el investigador de la Universidad de Murcia Juan Ramón Balaguer Tornel, del grupo de Física de Partículas, Astrofísica y Cosmología (Fispac) de la Universidad de Murcia, implicado en un proyecto centrado en entender por qué se produce el prodigio.
«Este fenómeno se atribuye a la denominada 'energía oscura', una fuerza misteriosa que actúa contraria a la gravedad», adelanta el científico, dotado de una beca predoctoral para progresar en este ambicioso objetivo concedida por la Fundación Séneca (Consejería de Medio Ambiente, Universidades, Investigación y Mar Menor).
Pocas veces nos tropezamos con un proyecto dedicado a buscar respuestas a una cuestión tan básica como la de entender cómo evoluciona lo más grande que alcanzamos a ver: el mismísimo universo. «Para mí, todo arranca en la curiosidad casi infantil por entender las grandes preguntas del cosmos: ¿de dónde viene el universo? ¿Por qué existen las galaxias, las estrellas, nosotros mismos?». Estos mayúsculos interrogantes que nos hacemos todos marcan el desempeño diario de Balaguer. Son los que le impulsaron inicialmente a estudiar física y matemáticas «y, con el tiempo, a adentrarme en la teoría de cuerdas».
Básicamente, lo que propone esa teoría de cuerdas es que las partículas elementales son en realidad modos de vibración de unas cuerdas diminutas. Es decir, un fotón, un electrón, un quark, y cualquier otra partícula fundamental, serían en realidad unas minúsculas cuerdecitas que se nos presentan de una u otra manera por su modo de vibrar. Es un planteamiento fascinante relacionado con el papel de la energía oscura en el crecimiento cada vez más acelerado del universo.
Universo. La teoría de cuerdas abre un camino fascinante llegar a entender el universo.
Cuerdas. La teoría de cuerdas propone que la partículas elementales, como electrones y fotones, son en realidad modos de vibración de cuerdas diminutas que se nos presentan de una u otra manera dependiendo de esas vibraciones. El planteamiento resulta clave en el dilema de la energía oscura.
Energía oscura. El funcionamiento, contrario a la gravedad, de este componente que supone el 70% del universo es lo que impulsa su crecimiento. Cómo lo hace es un misterio que la investigación trata de desentrañar.
Para aproximarnos a todo ello, Balaguer Tornel nos pone primero en perspectiva sobre «la misteriosa energía oscura», como él mismo la califica, apuntando que la materia 'normal', que es la que compone estrellas, planetas e incluso nosotros, apenas representa en torno al 5% del contenido energético total del universo. En cambio, la materia oscura, que no es posible ver, «pero cuya existencia inferimos a partir de sus efectos gravitatorios», suma alrededor del 25%. «En conjunto, la materia y la energía oscuras constituyen cerca del 95% del universo», de modo que la energía oscura resulta el componente mayoritario, «con un valor aproximado del 70%».
El hecho de que esa «misteriosa energía oscura» impulse la expansión cada vez más rápida del universo, explica el científico, «supone todo un desafío para la física teórica». En este punto, continúa, «es donde entra en juego la teoría de cuerdas». El investigador incide en la idea de considerar «que lo que entendemos por partícula elemental, como el electrón, no es simplemente un puntito sin estructura, sino una diminuta cuerda vibrante», como se ha apuntado.
«Según la teoría de cuerdas, la materia y las fuerzas fundamentales derivan de estos filamentos, cuyas distintas vibraciones determinan las propiedades observables. Aunque, de lejos, estas 'cuerditas' parecen puntos, en realidad esconden una complejidad asombrosa». Como asombroso es el resultado que puede derivar de todo ello, al presentarse como fotones, electrones, quarks, etc., según el caso. «Descubrir que, tras la aparente simplicidad de lo cotidiano, podía existir un entramado mucho más profundo de dimensiones ocultas y vibraciones de cuerdas elementales me resultó irresistible», rememora el científico.
«Y cuando me topé con el problema de la energía oscura comprendí que, de algún modo, este campo de investigación reunía todo lo que me apasionaba: la búsqueda de una descripción completa del universo, la reconciliación de la gravedad y la mecánica cuántica y, al final, la ilusión de contribuir a desentrañar uno de los misterios cósmicos que más nos desconcierta».
Sobre la teoría de cuerdas, concreta, «si resulta ser el camino hacia la unificación de todas las interacciones (electromagnética, nuclear débil, nuclear fuerte y gravitatoria) debería permitirnos derivar una descripción coherente del universo», sintetiza Juan Ramón Balaguer. «En este escenario, fenómenos como la energía oscura, responsable de la acelerada expansión cósmica y el universo primitivo inflacionario se explicarían a partir de procesos microscópicos». Es poner luz a lo más diminuto para tratar de otear lo más grande. Pura ciencia pergeñada en Murcia para entender el universo.
«Para que la teoría de cuerdas funcione matemáticamente el universo debe contar con diez dimensiones: una temporal y nueve espaciales», adelanta el investigador, del Fispac, Juan Ramón Balaguer, inmerso en el proyecto de este grupo de científicos de la Universidad de Murcia empeñados en revelar los secretos del crecimiento del universo. Sin embargo, en nuestra experiencia cotidiana, como sabemos, solo percibimos cuatro (uno temporal y tres espaciales). La solución propuesta por los científicos para explicarlo «es que las seis dimensiones adicionales están 'compactificadas', es decir, enrolladas en escalas tan diminutas que resultan imperceptibles, aunque influyen decisivamente en las propiedades del cosmos».
Si esto es así, debería poder reproducirse, como marca una de las leyes básicas de la ciencia. Y ahí, en el empeño de «intentar obtener un modelo que se asemeje a nuestro universo» surge el desafío. «Algunos teoremas, como el de Maldacena-Nuñez, sugieren que, bajo ciertas condiciones, es imposible obtener un [denominado] universo de Sitter», que es un modelo «con constante cosmológica positiva, como el que observamos». Por eso, «la investigación actual se centra en explorar formas de sortear estas limitaciones y ampliar el espectro de soluciones teóricas, abriendo la puerta a modelos que reflejen de manera más fiel la realidad cósmica».
El especialista concreta que, en la primera fase del proyecto en el que él participa, se han identificado «soluciones de teoría de cuerdas basadas en la intersección de branas [que son objetos físicos en la teoría de cuerdas], que actúan como puntos de anclaje donde terminan las cuerdas abiertas». Son soluciones descritas como «holográficas». Balaguer explica «que, al igual que en un holograma, donde toda la información de un objeto tridimensional se codifica en una superficie bidimensional», aquí «se demuestra que estas configuraciones pueden ser equivalentes a una teoría cuántica de campos en un espacio de menor dimensión». De ese modo se obtiene «una descripción completa del sistema a partir de datos en una dimensión inferior».
Posteriormente, continúa Balaguer desentrañando su investigación, «exploramos la posibilidad de reducir el número de dimensiones en la teoría de cuerdas y añadir ciertos objetos que nos permitieron evadir las restricciones del teorema mencionado anteriormente. Inicialmente, pasamos de diez a seis dimensiones obteniendo únicamente universos sin curvatura. Este avance abrió la puerta a una reducción aún mayor, llegando finalmente a cuatro dimensiones, en las cuales identificamos configuraciones de universos con curvatura negativa (anti-de Sitter) hasta ahora desconocidas».
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