La física consiste en sondear los misterios más fundamentales de la naturaleza, por lo que no es de extrañar que los físicos tengan en mente algunas preguntas muy básicas sobre el universo. Recientemente, la revista Symmetry (publicada por dos laboratorios de física financiados por el gobierno de EE.UU.) pidió a un grupo de físicos de partículas que nombraran las preguntas abiertas de la física a las que más desean dar respuesta. He aquí una muestra de los dilemas que compartieron:

«¿Cuál será el destino de nuestro universo?»

El poeta Robert Frost se preguntó célebremente si el mundo acabaría en fuego o en hielo, y los físicos aún no pueden responder a la pregunta. El futuro del universo -la pregunta nombrada por Steve Wimpenny, de la Universidad de California, Riverside- depende en gran medida de la energía oscura, que en este momento es una entidad desconocida. La energía oscura es responsable de la expansión acelerada del universo, pero sus orígenes son totalmente misteriosos. Si la energía oscura es constante a lo largo del tiempo, es probable que nos encontremos con una «gran congelación» en el futuro, momento en el que el universo continúa expandiéndose cada vez más rápido y, finalmente, las galaxias están tan separadas unas de otras que el espacio parece un vasto páramo. Si la energía oscura aumenta, esta expansión podría ser aún más grave, de modo que no sólo se expandiera el espacio entre las galaxias, sino también el espacio dentro de ellas, y las propias galaxias se desgarraran, un destino apodado el «gran desgarro». Otra opción es que la energía oscura disminuya hasta el punto de no poder contrarrestar la fuerza de atracción hacia el interior de la gravedad, provocando que el universo vuelva a caer sobre sí mismo en un «gran crujido». Así que, básicamente, sea cual sea la opción, estamos condenados. Por el lado bueno, ninguna de estas eventualidades debería ocurrir durante miles de millones o trillones de años, tiempo suficiente para decidir si esperamos fuego o hielo.

«El bosón de Higgs no tiene ningún sentido. ¿Por qué existe?»

El tono de esta pregunta era una broma, dice su autor, Richard Ruiz, de la Universidad de Pittsburgh, pero apunta a una falta de comprensión muy real sobre la naturaleza de la partícula descubierta el año pasado en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en Europa. El bosón de Higgs ayuda a explicar cómo obtuvieron su masa todas las demás partículas, pero plantea muchas otras cuestiones. Por ejemplo, ¿por qué el bosón de Higgs interactúa con cada partícula de forma diferente? El quark superior interactúa mucho más fuertemente con el Higgs que el electrón, dando al quark superior una masa mucho mayor que la del electrón. «Este es el único ejemplo de una fuerza ‘no universal’ en el Modelo Estándar», dice Ruiz. Además, el bosón de Higgs es la primera partícula fundamental encontrada en la naturaleza con espín cero. «Se trata de un sector completamente nuevo en la física de partículas del Modelo Estándar», afirma Ruiz. «Cómo se produce, no tenemos ni idea».

«¿Por qué el universo está tan exquisitamente equilibrado como para que pueda existir la vida?»

Según las probabilidades, realmente no deberíamos estar aquí. Las galaxias, las estrellas, los planetas y las personas sólo son posibles en un universo que se expandió a la velocidad adecuada durante sus primeros días. Esta expansión estaba gobernada por el empuje hacia fuera de la energía oscura, que se enfrentaba a la atracción gravitatoria hacia dentro de la masa del universo, dominada por el tipo invisible llamado materia oscura. Si estas cantidades fueran diferentes -si la energía oscura hubiera sido sólo un poco más fuerte después del nacimiento del universo, por ejemplo- el espacio se habría expandido demasiado rápido para que se formaran galaxias y estrellas. Pero una pizca menos de energía oscura habría provocado el colapso del universo sobre sí mismo. Entonces, ¿por qué, se pregunta Erik Ramberg, del Fermilab en Batavia (Illinois), están tan perfectamente equilibrados para permitir el universo en el que vivimos? «No conocemos una razón fundamental para que exista ese equilibrio», dice Ramberg. «No hay duda de que la cantidad de energía oscura en el universo es el número más exquisitamente ajustado de la historia de la física».»

«¿De dónde vienen los neutrinos astrofísicos?»

Se predice que los neutrinos de altísima energía son el resultado de las colisiones de partículas cargadas a gran velocidad llamadas rayos cósmicos con partículas ligeras (fotones) en la radiación del Fondo Cósmico de Microondas que impregna el universo. Pero lo que pone en marcha este proceso, y cómo se aceleran los rayos cósmicos, son cuestiones abiertas. Una de las ideas principales es que la materia que cae en los hambrientos agujeros negros supermasivos del centro de las galaxias da lugar a los rayos cósmicos, pero aún no hay pruebas de esta hipótesis. Se cree que los neutrinos resultantes viajan tan rápido que cada minúscula partícula tiene tanta energía en su interior como una pelota de béisbol de lanzamiento rápido (que tiene miles de millones de átomos). «No podemos ni siquiera imaginar de dónde vienen estas cosas», dice Abigail Vieregg, del Instituto Kavli de Física Cosmológica de la Universidad de Chicago, que planteó la pregunta. «Si lo descubrimos, podemos aprender sobre las fuentes que están acelerando estas partículas a energías extremadamente altas»

«¿Cómo es que el universo está hecho de materia y no de antimateria?»

La antimateria es como la materia en el día opuesto: tiene las mismas propiedades que el material que compone los planetas, las estrellas y las galaxias, pero una pieza vital es diferente: su carga. Se supone que el universo comenzó con partes iguales de materia y antimateria, pero, de alguna manera, la materia ganó, ya que la mayor parte de ambas sustancias se aniquilaron mutuamente poco después del big bang, dejando un pequeño excedente de materia. No se sabe por qué la antimateria perdió este tira y afloja. Los científicos están buscando procesos llamados violaciones de la paridad de carga, en los que las partículas prefieren descomponerse en materia y no en antimateria, para explicar la disparidad. «Estamos especialmente interesados en tratar de ver si las oscilaciones de los neutrinos son diferentes entre los neutrinos y los antineutrinos», dice Alysia Marino, de la Universidad de Colorado, que compartió la pregunta con Symmetry. «Esto es algo que no se ha visto hasta ahora, pero esperamos que la próxima generación de experimentos lo analice con más detalle».