Los físicos cruzan los dedos para que el satélite Planck confirme el eco del Big Bang

En el primer instante de la historia del nuestro universo, hace unos 13.800 millones de años, ocurrió algo extraordinario: surgió el espacio-tiempo y se expandió a una velocidad superior a la de luz. Todo sucedió en alrededor de 10^-32 segundos, un periodo cortísimo conocido como inflación, marcado por fluctuaciones cuánticas que generaron ondas gravitatorias, la pistola humeante del Big Bang.

Unos 380.000 años más tarde, se enfría el plasma caliente generado por la gran explosión y surge la radiación de fondo de microondas (CMB, por sus siglas en inglés), que desde entonces se observa de forma uniforme por cualquier parte del cielo que miremos.

La huella que dejaron las ondas gravitatorias primigenias en esta radiación CMB es lo que ha observado ahora el telescopio BICEP2 desde la Antártida. Científicos del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, en EE UU, han anunciado esta semana este descubrimiento que ha revolucionado a los físicos.

“¡Es un gran hallazgo!”, exclama a Sinc el carismático John Ellis, físico teórico del CERN y actual profesor en el King’s College de Londres. “Es la primera detección directa de las ondas gravitatorias o gravitacionales, pero mucho más que eso: su origen es intrínsecamente cuántico, así que estamos viendo gravedad cuántica a escala cosmológica”.

“Además, el hecho de que su magnitud sea relativamente grande –continúa– significa que tenemos una ventana al universo temprano, cuando las energías eran de unos 10¹⁶ gigaelectronvoltios (GeV), muchos órdenes de magnitud más allá de lo que alcanzará el LHC (operará a 14.000 GeV como máximo) o cualquier acelerador de partículas que podamos imaginar”.

Para Enric Verdaguer, catedrático de Física Teórica de la Universidad de Barcelona (UB), el nuevo descubrimiento es comparable al del higgs en el año 2012: “Así como el bosón de Higgs era la última predicción robusta del modelo estándar de partículas, la existencia de radiación gravitacional generada por un período inflacionario es la última predicción robusta del modelo inflacionario que todavía no se había observado”.

El catedrático explica que lo que realmente se ha medido en la radiación de fondo es el modo B, un tipo de polarización con aspecto rotacional o de rizo muy característico que solo pueden producir las ondas gravitacionales. “Estas son de escalas gigantescas y no se conoce ningún otro mecanismo que las pueda producir que la amplificación que produce inflación”, comenta.

“Nos está diciendo que la inflación, aquella expansión brutal que tuvo lugar prácticamente después del Big Bang, tuvo lugar a energías predichas por teorías de la gran unificación de las fuerzas”, añade otra profesora de la UB, la astrofísica Pilar Ruiz Lapuente, del Instituto de Física Fundamental (CSIC). “Estaríamos viendo huellas de la era de la gravitación cuántica, algo realmente muy emocionante ¿no?”.

Desde el otro lado del Atlántico, el científico Scott Dodelson del Fermilab (EE UU) coincide en comparar el hallazgo con el del higgs y destaca también emocionado sus grandes posibilidades: "Esto abre una nueva ventana, toda una nueva área de investigación. Las altas energías de la época inflacionaria permiten comprobar algunas ideas de la teoría de cuerdas, que muchos asumieron que no se iban a poder testar. Es una nueva zona de juegos donde todo el mundo podrá empezar a poner a prueba sus teorías”.

Media docena de experimentos compiten por ser los segundos

Pero como otros científicos, Dodelson sabe que todavía no se puede confirmar al cien por cien que los resultados sean correctos y no se deban a algún artefacto técnico o estadístico, o que la señal pueda proceder de una fuente inesperada: "La gente es escéptica, somos así, por lo que habrá que esperar a que otros instrumentos lo confirmen. Existen al menos media docena de experimentos que continúan buscando la polarización modo B, como SPTPol en un telescopio del Polo Sur o ACTPol desde el desierto chileno de Atacama. Sus datos concretarán o refutarán el hallazgo”.

La investigadora Olga Mena del Instituto de Física Corpuscular (CSIC-Universidad de Valencia) enumera otros proyectos competidores dedicados también a la detección de los modos B: ABS también en Atacama, POLARBEAR, el experimento E –otro tipo de polarización pero radial– y B (EBEX) y CLASS. En España también se prepara Quijote CMB (del inglés Q-U-I JOint TEnerife CMB experiment) para el 2015. Cualquiera de ellos podría ser el segundo en detectar el hallazgo, “y cuando ocurra será uno de los mayores descubrimientos en cosmología, sobre todo por confirmar inflación y la naturaleza cuántica del espacio tiempo”.

La mayoría de estos telescopios e instrumentos están situados en los polos o en lo alto de montañas donde la atmósfera es más limpia y presenta menos interferencias, pero hay un lugar todavía mejor para realizar las observaciones: el espacio. Si hay unos resultados que los físicos están deseando conocer son los del satélite Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA). El experimento de BICEP2 solo ha analizado un área del firmamento relativamente pequeña, pero Planck ofrecerá los datos de polarización para toda la esfera celeste.

Los datos del satélite Planck sobre la polarización para toda la esfera celeste prontó estarán disponibles. / ESA - C. Carreau

“Este satélite ha efectuado un mapa completo del CMB durante el tiempo que ha estado operativo entre 2009 y 2013”, explica Pablo Cerdá-Durán, investigador del departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Valencia. “El análisis de la ingente cantidad de datos generados durante la misión no está completado, y en particular falta el de las medidas de polarización, que muy probablemente puedan confirmar o descartar los resultados de BICEP2”.

El científico apunta, como otros colegas, en que esta detección será relevante por evidenciar de forma indirecta la existencia de las ondas gravitatorias, como predijo Einstein a principios del siglo XX, y la inflación, predicha por Alan Guth en 1980.

Respecto al momento de un posible segundo anuncio, “el satélite Planck debería comunicar sus análisis de datos de polarización en pocos meses”, adelanta José L. F. Barbón, miembro del Instituto de Física Teórica (Universidad Autónoma de Madrid-CSIC). “De hecho, existe una cierta tensión entre las mediciones anteriores de Planck y las de BICEP2, así que hay que ser cautos hasta que el resultado sea confirmado por un segundo instrumento”.

Por su parte y de camino al centro Goddard de la NASA, el profesor Fernando Atrio de la Universidad de Salamanca recuerda que, aunque las ondas gravitacionales produzcan polarización modo B, también generan otros efectos, “como la correlación de las anisotropías (cualidad física dependiente de la dirección en que se mide) en temperatura o los denominados espectros de potencia de temperatura”, que también convendría determinar.

“Cuando se verifique será un descubrimiento muy importante porque extiende el modelo del Big Bang y servirá para contrastar con observaciones la validez del paradigma inflacionario”, señala Atrio, algo en lo que coincide Barbón, quien reconoce que la detección de ondas gravitatorias en sí misma tampoco reviste ninguna sorpresa: “De hecho ya se concedió el premio Nobel a Hulse y Taylor por ‘medir’ indirectamente las ondas gravitacionales en el estudio de un púlsar binario”.

“Lo verdaderamente importante –añade­– es que el hallazgo coloca la energía de la inflación muy cerca de la escala de energía de la gravitación cuántica. Esto significa que, midiendo con mucha precisión las propiedades de estas ondas, podríamos acceder a información sobre la gravitación cuántica. Por eso este resultado cambiaría la física fundamental en un sentido histórico, así que vamos a cruzar los dedos para que se confirme”.