¿Y si no existiera la materia oscura?

Uno de los mayores misterios del universo es la llamada materia oscura. Indetectable, no se ve porque no emite radiación alguna y tampoco interacciona con la materia ordinaria, salvo gravitatoriamente. ¿Puede existir algo así en el universo?

En octubre de 2016 la decepción ensombreció la cara de bastantes astrofísicos. Los resultados publicados en agosto y septiembre por tres equipos de científicos revelaban el último fracaso en más de 70 años de búsqueda de algún indicio que demuestre, sin lugar a dudas, que la materia oscura está ahí fuera. Tres experimentos funcionado a lo largo de tres años con un coste de construcción de unos 30 millones de euros -a lo que habría que añadir el mantenimiento de los mismos-, y tres equipos multidisciplinares de científicos: el Large Underground Xenon, o experimento LUX, situado cerca de la ciudad de Lead, en Dakota del Sur (EE UU), el PandaX-II en Sichuan, China; y el XENON100, ubicado en el Laboratorio Nacional Gran Sasso en Italia. Los tres experimentos, que supuestamente pueden detectar partículas con masas de 40 o 50 veces mayor que la de un protón, no fueron capaces de obtener ni el más mínimo indicio directo de la existencia de la de materia oscura. Al menos, del tipo que esperan encontrar la inmensa mayoría de los científicos que trabajan en este campo, las partículas llamadas WIMP.

A pesar de todo, los astrónomos han encontrado indicios de materia oscura por todos los rincones del universo, y hoy se supone que es responsable de más del 90% de la masa total de los cúmulos de galaxias. El problema surge cuando se hace una simple pregunta: ¿qué es la materia oscura?

Ya se sabe que la imaginación es libre y el papel aguanta lo que escribas, y en este terreno la calenturienta mente de los investigadores se ha desbocado: desde estrellas de baja masa a agujeros negros, pasando por granos de polvo fríos o partículas exóticas productos de los sueños más enfebrecidos de los físicos teóricos, la caza de esa materia faltante es uno de los problemas más importantes de la astrofísica actual. Ahora bien, que no sepan qué es no impide a los cosmólogos clasificarla en dos tipos: caliente y fría. Son dos términos cosmológicos que están referidos a la velocidad a la que se mueven las partículas. Si tienen una masa del orden del protón entonces se moverán lentamente: es la materia fría. Pero si son más ligeras, viajarán a velocidades cercanas a la de la luz: es la materia caliente. El candidato más popular a materia oscura caliente es el  neutrino, aunque no cuenta en la actualidad con mucho predicamento. Ahora los expertos tienden a ponerse del lado de la materia oscura fría pues el modelo de universo que surge de ella es consistente con las fluctuaciones de la radiación del fondo cósmico de microondas. Y, por supuesto, la pregunta del millón es ¿de qué está hecha esa materia oscura fría? Porque no puede ser materia tal y como nosotros la conocemos...

Es aquí donde engarzan los WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Bajo este nombre se agrupa toda una colección de partículas de masa elevada que nacen de las ecuaciones de los expertos en supersimetría, uno de los intentos para unificar todos los constituyentes de la materia y las cuatro fuerzas de la naturaleza bajo una única expresión matemática. Para que tenga sentido, las teorías de supersimetría predicen la existencia de al menos dos veces más partículas subatómicas que las que conocemos, ya que cada partícula posee lo que llaman su compañero supersimétrico: así al  fotón le acompaña el fotino, al neutrino, el neutralino o al electrón el s-electrón... El único e insignificante problema es que todavía no se ha descubierto ninguno. Es más, todos esperaban encontrar algún indicio de su existencia en el LHC, el gran acelerador del CERN en Ginebra, pero después del Higgs los físicos no tienen nada supersimétrico que llevarse a la boca. Unos se justifican diciendo que es demasiado pronto; otros que la supersimetría anda de capa caída.

Sea como fuere los WIMPs, la gran esperanza blanca de la materia oscura, lo va siendo cada vez menos. Que no se hayan observado y que la supersimetría siga haciéndose la loca y no aparezca prueba alguna de su realidad hace que muchos empiecen a impacientarse.

Claro que la teoría todavía es susceptible de ser estirada para que siga encajando con las decepciones experimentales, así que seguramente tendremos supersimetría para rato. Pero hay otros que no son tan optimistas. El astrofísico teórico, Dan Hooper, del Fermilab de Chicago lo ha dejado claro: “Hemos estado buscando todos estos años un tipo de materia oscura de acuerdo a nuestra mejor suposición, y ahora empezamos a preguntarnos si tal vez nos equivocamos”. Al parecer, 30 años de resultados nulos no han desalentado a sus perseguidores. Ahora unos nuevos cálculos -los más complejos realizados hasta la fecha- publicados en 2016 en la revista Nature por Zoltan Fodor y sus colaboradores han determinado que -bajo ciertas suposiciones- la masa del axión podría ser hasta diez veces mayor que la esperada. Esto hace que el experimento ADMX haya estado buscando en balde, pues estaba diseñado para detectar una partícula más ligera. Por supuesto, este artículo supone un cheque en blanco para financiar nuevos detectores en busca de axiones.

Los cazadores de materia oscura son inasequibles al desaliento y los fracasos les sirven para diseñar nuevos detectores cada vez más sensibles. Ahora bien, hay algunos investigadores que se curan en salud y piensan que la materia oscura, aunque esté ahí, nunca la podremos detectar: “Es posible que la única forma con la que podemos ver la materia oscura es por sus efectos gravitatorios”, dice el astrofísico de partículas de la Universidad de Albany (EEUU) Matthew Szydagis. Esto la convierte en un fantasma mayor que el padre de Hamlet, lo que hace que algunos, muy pocos, se atrevan a formular lo impensable: que la materia oscura, simplemente, no existe.

A este reducido grupo de físicos les resulta absurdo creer que exista un tipo de materia que ni se ve ni interacciona con la materia ordinaria (salvo gravitatoriamente). Uno de estos escépticos era el pakistaní y premio Nobel de Física Abdus Salam, que la comparaba con los invisibles djinns de Las mil y una noches. ¿Entonces cómo explicar las observaciones que dicen que existe? Simplemente afirman que se necesita una nueva física, que la relatividad general de Einstein (la base de la cosmología moderna) debería modificarse cuando se habla de grandes distancias. O sea que debemos aceptar que no tenemos una teoría completa de la gravedad.

Lo cierto es que ambas posibilidades son bastante radicales. Por un lado debemos suponer que a escalas de galaxias y cúmulos la gravedad no funciona como creemos; por el otro, si queremos mantener intacta nuestras teorías, debemos postular la existencia de un tipo de materia totalmente desconocida y que posee propiedades tan increíbles como que es absolutamente indetectable, pues ni absorbe ni emite energía; un tipo de materia que después de más de 80 años todavía no sabemos qué es ni hay una prueba directa de que realmente está ahí.

 

Referencias:

Borsanyi, S., Fodor, Z., Guenther, J. et al. Calculation of the axion mass based on high-temperature lattice quantum chromodynamics. Nature 539, 69–71 (2016). doi: 10.1038/nature20115

 

Miguel Ángel Sabadell

Miguel Ángel Sabadell

Me licencié en astrofísica pero ahora me dedico a contar cuentos. Eso sí, he sustituido los dragones y caballeros por microorganismos, estrellas y científicos de bata blanca.

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